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时间:2020-06-14
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1、南昌大学2013~2014学年第一学期期中考试试卷1.内燃机气缸壁厚,热导率,燃气与气缸内表面的对流换热系数,辐射传热系数,汽缸壁外表面与冷却水的对流传热系数。设内燃机气缸壁可近似为平壁,试计算内燃机气缸壁传热的总热阻。运行一段时间后,冷却水侧结了厚的水垢,水垢的热导率,试估算由于水垢引起的总热阻的相对变化。(15分)燃气气缸内壁面气缸外壁面水垢外壁面冷却水答:(1)无水垢时:(7分)(2)有水垢时:(6分)(3)总热阻的相对增加:(2分)2.由导热微分方程的一般形式如下:简述上面方程中各项的物理意义。(2)将其简化成二维、非稳态、无内热源常物性的导热微分
2、方程。(8分)答:(1):微元体热力学能的增量:微元体从X,Y,Z三个方向导入微元体的总热流量:微元体内热源的生成热(3分)(2)(3分)3.一块大平板,厚度,有内热源,平板中的一维稳态温度分布为,式中,。假定平板的导热系数,试确定:(1)平板中内热源之值;(2)和边界处的热流密度。(15分)答:(1)直角坐标中常物性、有内热源的一维稳态导热微分方程式为(5分)∴……………..(5分)(2)根据傅里叶定律和给定的平板温度分布,可得∴x=0处绝热………………………..(5分)(5分)4.一块初温为20℃、厚的钢板,热导率为,密度为,比热容为,放入的加热炉中加
3、热,表面传热系数为。问单面加热时的中心温度为多少?如两面加热,要达到相同的中心温度需要多少时间?(12分)答:(1)单面加热:单面加热相当于一块厚为的钢板两面对称加热,。题给钢板的中心处相当于(1分)热扩散率为:(1分)参量(1分)(1分)查表得:,(2分)则钢板中心的相对过余温度为:(1分)钢板的中心温度为:(1分)(2)两面加热:相当于一块厚为的钢板两面对称加热,。(1分)(1分)中心过余温度为:(1分)查表得(1分)两面加热,要达到相同的中心温度需要时间:(1分)5.简述的定义式及物理意义。两者有何区别?(8分)答:虽然两者都表示边界上的无量纲温度梯
4、度,,(4分)但一个在流体侧,一个在固体侧。中的L为流场的特征尺寸,λ为流体的导热系数。中的L为固体系统的特征尺寸,λ为固体的导热系数。(4分)6.对于管内强制对流换热,可以采用何种方式强化流体的换热?为什么?(10分)答:可通过长管改为分段的短管或者采用螺旋管都可以强化流体的换热.(4分)因为长管改为分段的短管应考虑入口效应,其对流换热系数更大.采用螺旋管,在横截面上引起二次环流也强化换热.(6分)7.空气在常压下以的速度流过平板,平板长为。若平板温度为,试求空气流离开平板时,平板单位宽度的总放热量。(12分)答(1)特征温度:(2分)据此查得:(1分)
5、(2)雷诺数:(2分)属于层流.(1分)(3)对流换热系数:(2分)(2分)(4)所需管长为:(2分)8.空气横向掠过12排管子组成的叉排加热器,管外径d=25mm,管间距S1=50mm,S2=45mm,管束的最窄截面处流速u=5m/s,空气平均温度=60℃,管壁温度为120℃,试求管束平均换热系数。如管束改为顺排,其他条件不变,则换热系数为多少?(12分)答(1)叉排时:特征温度:据此查得:(2分)雷诺数:(2分)对流换热系数:(2分)查的12排的修正系数为0.986(2分)(2)顺排:(2分)查的12排的修正系数为0.987(2分)9.不凝结气体含量如
6、何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值?其影响程度如何?凝汽器如何解决这个问题?(8分)答:(1 )因在工业凝汽器设备的凝结温度下,蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的,故称这些气体成分为不凝结气体。当蒸汽凝结时,不凝结气体聚积在液膜附近,形成不凝结气体层,远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前,必须以扩散方式穿过这个气体层,这就使凝结换热过程增加了一个热阻,即气相热阻,所以对流换热系数降低。(4分)(2)在一般冷凝温差下,当不凝结气体含量为1%时,换热系数将只达纯净蒸汽的40%左右,后果是很严重的。(2分),(3)这是凝汽器必须装设抽气器的主要原因之一。(2分)
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