传热学试卷20151124答案

2015/2016学年第2学期传热学课程考核试卷课程代码：学分/学时数4/64任课教师_______________课程性质：必修■、限选□、任选□考试形式：开卷□、闭卷■…………………………………………………………………………………………………学号姓名得分_________简答题计算题123456789101112一、简答题（40分）1.热量传递的三种基本方式及其热量计算的基本方程式是什么？传热：dxdtq对流：流体加热)(fwtthq流体冷却)(wftthq辐射：4Tq2.冬天，用手去摸置于环境中的铁块和木块，会感觉哪个冷一些，为什么?如果用手去摸同为棉花织成的平布和绒布，会感觉哪个暖和一些，为什么？金属的导热系数比木块的导热系数大。按照傅里叶导热定律dxdtq。绒布热阻大不易散失热量。3.写出Nu、Bi的准则数表达式，并解释Nu、Bi数的物理意义及其不同之处。lhuN是一个表示对流换热强烈程度的一个无量纲准数。表示流体层流底层的对流传热阻力和导热阻力的比。h1Bi导热热阻与对流热阻之比，Bi数趋于0，内部热阻可以忽略，在任一时刻物体中各点的温度接近均匀。是判定是否可以采用集中参数法的依据。4.画出如图所示流体流过平板时候的速度边界层厚度变化以及当地对流换热系数xh的变化情况(平板为恒热流，图画在平板下方与层流，转戾和湍流区一一对应)。见图15.写出如图所示环肋的稳态一维导热问题的完整数学描述。环肋的内径为iD外径为oD。环肋内外表面的表面传热系数都为h。环肋顶端可视为绝热。环肋高为H。肋基温度为0t，环境温度为t.022dxtdioioioDDttHDDttHDHDh)(4*)(4))(**(h/v)t-)(tAA(22圆筒outsideinside对外散热内热源去负号。数学描述：0)(422ioDDttdxtd边界条件：0,0ttx0,dxdtHx6.图为一扇形区域中的二维、稳态、无内热源的导热问题，其一侧平直表面维持均匀恒定温度t，irr的表面绝热，其余表面与温度为t的环境换热，表面传热系数为h，为用数值法确定区域中的温度分布，在径向和周向分别用定步长r和划分计算区域，节点布置如右图所示。导热系数λ及其它物性已知且为常数，试建立节点1的离散方程(有限差分方程式)。节点1的控制体为图中黄色边框围成。对黄色边框应用能量守恒得。)(2)(11tthrttAha2rAa0brttrrttAicc)(2)()(14142)(rrAiciddrttrttA*)(2)(12122rAd0dcba7.画出定壁温加热时的池内饱和沸腾曲线。说明名区域名称，解释烧毁点的物理意义。Qmax点为临界热流密度点，一旦热流密度超过峰值，工况将沿qmax点的虚线跳至稳定模态膜态沸腾线。tw-tf将猛升1000°C。可能导致设备烧毁。8.强制对流和自然对流分别存在哪两种流动形态？判断强制对流和自然对流流动形态的准则数分别是什么？层流和湍流。判断强制对流的准则数是雷诺数。ulRe判断自然对流的准则数是格拉晓夫数23tlgGrv二、计算题（60分）1.一高H为30cm的铝制圆台形锥台，顶面直径为8.2cm，底面直径为13cm。底面及顶面温度各自均匀，并分别为520°C及20°C。锥台侧面绝热。试确定通过该锥台的导热量。铝的导热系数为100W/（mK）。解：把这个问题看成一维无内热源导热问题求解。建立如图所示的坐标系直线方程为：1.4)30(08.0xy2]1.4)30(08.0[xA52020H022-]1.4)30(08.0[]1.4)30(08.0[---dtxdxdxdtxdxdtAdxdtA2.图给出了一个用于金属热处理的冷却系统。在0时刻，一个初温为0t的小金属球被放置在冷却系统内，同时，冷却风扇开始工作，使得空气以强制对流方式对小球进行冷却，环境温度为t，对流换热系数为h。当小球温度降到ft时，风扇停止工作。忽略小球的导热热阻（即0Bi）。1）试问，如果忽略小球表面的热辐射，其温度降到ft时需要多长时间（f）？2）这个冷却系统也可以用于冷却高能电阻器。此时，球状电阻器产生的热量近似为均匀的内热源)W/m(3。试给出温度随时间变化的控制方程。1)2球4rA343球rV，rtthrttrh)(334)(432，0t导热微分方程:0)(3rtthtc初始条件：0,0tt解得crhetttt/30H当ftt时，tttetcrhf)(0/32)导热微分方程:034-)(33rrtthtc3.室温为20℃的大房间中有一个水平放置、直径为10cm、长为12m的烟筒，烟筒的平均壁温为100℃，试求：①定性温度；②管外流态；③对流换热量；④每小时的总散热量。（以下两个实验关联式仅供参考）1)nGrCNuPr)(2)3.08.0PrRe023.0Nu加热表面形状和位置流态CNGr数适用范围竖平板及竖圆柱层流过渡湍流0.590.02920.111/40.391/31.43×104~3×1093×109~2×1010＞2×1010横圆柱层流过渡湍流0.480.01650.111/40.421/31.43×104~5.76×1085.76×108~4.65×109＞4.65×109tλ×102W/(m℃)υ×106m2/sPr102.5114.160.705602.9018.970.6951103.2524.300.6861）定性温度：Cttt602100202烟筒房间2）12l，8020100tttw，8.9g，610*16.14602731v122632310*2.029)60273()10*16.14(12*80*8.9tlgGrv湍流:选公式计算。图1简答题4图2简答题5图3简答题6图4计算题1图5计算题2肋基H