2012.9传热试题答案2

一、计算题1、某平板节点划分如图所示，各网格边长均为0.1xm。导热系数50W/m℃，左、右、上边温度均为40℃，下边与80ft℃，1000W/m℃的流体进行对流换热。试写出节点的热平衡方程式，并求1、2、3的节点温度解：节点1：04,1,1,,1,1jijijijijittttt此题中为：04182106ttttt12034021ttt节点2：02)26()(2)(,1,,1,11,fjijijijijitxtxtttt此题中为：080501.010002)501.0100026()(2)(215113ttttt44033201020321tttt节点3：02)22()(,,11,fjijijitxtxtt此题中为：3603206032ttt由此6061441.02.03025.02331221ttttttt解得260t℃，145t℃，370t℃2、250C的热电偶被置于温度为2500C的气流中，设热电偶节点可以近似看成球形，要使其时间常数sc1，问热节点的直径为多大？忽略热电偶引线的影响，且热节点与气流间的表面传热系数为h=300W/(m2K)，热节点材料的物性参数为：导热系数为20W/(m·K)，8500kg/m3，400cJ/kgk如果气流与热节点间存在着辐射换热，且保持热电偶时间常数不变，则对所需热节点直径大小有和影响？8765432191011t0t0t0tfαtfαhAcVc,3524/31300/(8500400)8.821043chVRRARcm故热电偶直径：52238.82100.529dRmm验证毕渥数Bi是否满足集总参数法：1.00013.0201082.8300/5AhVBi满足集总参数法条件。（2）若热节点与气流间存在辐射换热，则总的表面传热系数h（包括对流和辐射）将增加，由hAcVc知，要保持c不变，可以使AV/增加，即热节点的直径增加。3、（10分）已知：一直管内径为16cm，流体流速为1.5m/s，平均温度为10℃，换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于10℃，流体被加热。求：试比较当流体分别为氟利昂134a及水时对流换热表面传热系数的相对大小。（10℃下水及R134a的物性参数各为：R134a：0.0888W/mK；620.201810m/s；3.91rp.水：0.574W/mK；621.30610m/s；9.52rp.）解：对R134a：KmWh24.08.056/3.2531016.00888.0915.3118930023.0,101893.1102018.0016.05.1Re（4分）对水：KmW24.00.86/5241016.0574.052.9183760.023h,1837610306.1016.05.1Re（4分）对此情形，R134a的对流换热系数仅为水的38.2%。(2分)4、（10分）为20℃的空气，以10m/s的速度纵向流过一块长200mm，温度60℃的平板。求离平板前沿50mm,100mm处的流动边界层和热边界层厚度。并求得平板与流体之间的换热量。（平板宽为1mm）（40℃的空气物性参数为：620.0276/,16.9610/,Pr0.699WmKvms）解：56100.2Re1.181016.9610ulv层流(1分)50mm处651153316.96100.05556.51010Pr0.6695.6810txmum(2分)100mm处651153316.96100.1559.11010Pr0.6697.9610txmum(2分)1/21/21/351/30.664RePr0.6641.18100.669199.5Nu20.0276199.527.5/0.2hNuWmKl(4分)27.50.21(6020)220wfhAttW(1分)5、试证明：在两个平行平板之间加上n块遮热板后，辐射换热量将减小到无遮热板时的)1/(1n。假设各板均为漫灰表面，且发射率相同，皆为，板的面积皆为A。证明：(1)无遮热板时AAXAEEbb1112,1212,1对两个无限长的平板来说12,1X，所以AAAEEbb111212,1(2)有n块遮热板时)12)(1()211)(1(11)211(12121212,1/nEEAnEEAAAAAnAEEbbbbbb所以2,12,1/11n6、（15分）质量流量为2000kg/h的变压器油在螺旋盘管中流过，油温从1'80Ct。被冷却至130Ct。，其比定压热容12.093kJ/kgKpc（）。进口温度为2'20Ct。的冷水在盘管外流动用来冷却变压器油。出口处水温225Ct。，水的比定压热容24.174kJ/kgKpc（）。水侧表面传热系数为2580W/mK（），油侧表面传热系数为2150W/mK（）。钢盘管的导热系数为40W/mK（），污垢热阻总共为20.0007mK/W（）。若盘管的直径为0.4m，管的外径壁厚为57mm3.5mm。求螺旋盘管的最小长度、盘数与水的质量流量。解：传热量'''111()200020938030=58139W3600pmctt油（）（2）水的质量流量'''222()58139=41742520=2.79kg/spmctt水（）（2）需计算最小换热面积，应采用逆流流动，故''''''''''''12121212()()/ln(()/())(8025)(3020)/ln((8025)/(3020))26.4Cmttttttttt。（3）则0k满足：012111ln210.0570.0570.0571ln0.00071500.052400.055800.01012oooiidddkhddh（3）2098.81/(mK)kW0A满足：2005813922.3m98.8126.4mAkt（2）盘管长022.3124.53m0.057oAld（2）总盘数124.3990.40.4ln盘（1）7、时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？同一种物体导热过程中的时间常数是不是不变的？答：时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，从中不难看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相连。因此，同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的。8、试分析不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。（提示：少量不凝结气体的存在就将使凝结换热系数减小，可从换热热阻增加和蒸汽饱和温度两方面加以阐述）（1）含不凝结气体的凝结时在液膜表面会逐渐聚起不凝性气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加；（2）随着蒸汽的凝结，液膜表面气体分压力增大，使凝结气体分压力降低，液膜表面蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差。9、为什么电厂凝汽器中，水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热？提示：可以从以下3个方面加以阐述：(1)在电厂凝汽器中，水蒸气在管壁上凝结，凝结换热系数约为4500—18000W／(m2．K)，对流换热量很大；(2)水蒸气与壁面之间的温差较小，因而辐射换热量较小；(3)与对流换热相比，辐射换热所占的份额可以忽略不计。）10、气体辐射有哪些特点?答：(1)气体的辐射（和吸收）对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某些波长范围内的能量。(2)气体的辐射（和吸收）是在整个容积中进行的。固体和液体不能穿透热射线，所以它们的辐射（和吸收）只在表面进行。11、角系数有哪些特性?答：(1)角系数的相对性11,222,1AXAX；(2)角系数的完整性1,11niiX；(3)角系数的可加性1,21,21niiXX12、灰体的含义？答：灰体是指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化的物体；或单色吸收比与波长无关的物体，即单色吸收比为常数的物体。13、（3分）有一台采暖用的散热器，用管内的热水来加热管外的空气。为了提高散热器的散热效果，有人建议采用内螺纹管，并且在管外加装肋片，试从传热角度来评价这个方案。答：这个方案很好，因为管内采用螺纹管可以增加传热面积，同时增加管内水的扰动,破坏其流动边界层从而强化换热；而管外空气的表面换热系数很小，其热阻在整个传热过程中占主要部分，加装肋片后可以增大空气侧传热面积，显著地减小气侧表面热阻，从而有效地增大传热量。14、（3分）一冷凝器实验台，在充满工质前没有抽真空，试问这对冷凝器运行的传热性能有何影响？为什么？答：会削弱传热性能，因为没有抽真空冷凝器中存在不凝性气体，增加了蒸汽到液膜表面的阻力,阻碍了凝结；随着蒸汽的凝结，蒸汽分压力降低，不凝气体分压力增大，使得蒸汽相应的饱和温度下降，减小了凝结的动力t，也使凝结过程削弱。15、（2分）在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处？（提示：分析热阻与温压的关系。）答：传热过程中热流量tAk，温压t与1Ak的关系与电路中电压与电阻的关系相似，引入热阻的概念后，就可以类比于电学中的欧姆定律来分析传热过程。