一、分析简答题(共 9 题,每题 6 分,共 54 分)
1、如图 1 所示的双层平壁中,导热系数 1、2 为定值,假
定过程为稳态,试分析图中三条温度分布曲线所对应的
1和2 的相对大小。
2、无内热源,常物性二维导热物体在某一瞬时的温度分布
2
为: t 2 y cos x 。试说明该导热物体在 x 0 , y 1 处
的温度是随时间增加逐渐升高,还是逐渐降低?
3、试分析管内湍流强制对流换热,管径不变,流速增加一倍时,表面传热系数 h 如何变化?若管径缩小一半,体积流量等其他条件不变时, h 又如何变化?
4、热水在两根管内以相同流速流动,管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后,两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大?为什么?
5、在电厂动力冷凝器中,主要冷凝介质是水蒸气,而在制冷剂(氟利昂)的冷凝器中,冷凝介质是氟利昂蒸气,其表面传热系数较小。在工程实际中,常常要强化制冷设备中的凝结换热,而对电厂动力设备一般无需强化。试从传热角度加以解释。
6、当大气中的二氧化碳和水蒸气的比例增加时,会出现大气温室效应,试说明其原因。
7、如图2所示的真空辐射炉,球心处有一黑体加热元件,试指出①,②,③三处何处的定向辐射强度最大?何处辐射热流最大?并说明理由。假设①,②,③三处所张立体角相同。
8、如图3所表示的表面间的角系数是否可表示为:如有错误,请予以更正,并说明理由。
9、试说明珠状凝结比膜状凝结的传热系数高的原因;在安装新空调时,在充灌制冷剂之前,往往要对系统进行抽真空。试利用凝结换热的有关知识,说明这样做的理由。
二、(22分)有一矩形截面直肋一维稳态导热。已知肋片壁面和周围流体之间的表面传热系数为h,流体的温度为tf,肋片根部温度为t0,肋端绝热,肋片宽度为L,肋片高度为l,肋片导热系数为,肋片厚度为,无内热源。试解答如下问题:
(1)列出肋片温度t随着肋片高度方向x变化的微分方程式,并写出其单值性条件。(7分)
(2)画出网格图:6等分直肋,得到7个节点;(3分)
(3)列出2个端部节点(即第1个节点和第7个节点)及中间节点(即第4个节点)的离散方程。(12分)
三、计算题(共 4 题,共 74 分)
(注意:计算题中可能用到的有关参数和实验准则关联式见附录一、附录二。)
1、(12 分)某房屋外墙厚=360mm,墙的导热系数 =0.61 W/(m K) 。室内温度为 tf1 20 ℃,室外温度为 tf2 10 ℃,内、外墙面与空气之间的表面传热系数分别为 h80 W/(m 2 K) 和 h2=120 W/(m 2 K) ,并已知墙高 2.8m,宽 3m。试计算传热过程的传热系数 k ,墙的散热量 及墙的内、外表面温度 tw1 和 tw2 。 2、(20 分)有一根外径为 30mm 的圆棒,水平置于房间正中散热,圆棒的表面发射率为 0.8,表面温度保持恒定,为 373℃,房间内墙体和空气的温度均为 27℃,试求:单位长度的圆棒散热量。 3、(18 分)一个蒸汽电厂的冷凝器中有 N 1000 根黄铜管,黄铜管的导热系数 t 110W/(m K) ,内外直径分别为 di 25mm ,do 28mm 。蒸汽在管子外表面凝结时的表面传热系数为ho 10000W/(m 2 K) 。
(1)如果用水泵使来自河水中的冷却水以 mw 400kg/s 通过冷凝器所有黄铜管,则基于
单根管道的外表面的总传热系数 k 是多少?
(2)如果从河水中抽取的水的温度为 20℃,要使压力为 0.0622MPa,流量为 10kg/s 的蒸汽凝结,则相应的冷凝器的出口水温为多少?
4、(24 分)一逆流套管换热器,其中油从 100℃冷却到 60℃,水由 20℃加热到 50℃,传热量为2.5 10 4 W ,传热系数为 350W/(m 2 K) ,油的比热容为 2.131 kJ/(kg K) ,求传热面积。如使用后产生污垢,污垢热阻为 0.004(m 2 K)/W ,流体入口温度不变,问此时换热器的传热量和两流体的出口温度为多少?
已知逆流时:
附录一:
200℃的空气的物性参数如下:
3.9310 W/(m K), =34.85 10 m /s,Pr 0.68 换热实验关联式为:
2
6
2
1 47
Nu 0.48(Gr Pr)4 ( 10 < Gr Pr 10 )
附录二:
水的物性参数如下:
冷却水:
饱和水蒸气( p 0.00622MPa): ts 37.0℃, 汽化潜热r 2414.0kJ/kg 。
管槽内流动换热实验关联式为: Nu 0.023Re Pr
0.8
0.4
cp 4180J/(kg K), 9.6 104 (N s)/m2, 1000kg/m 3,
0.60W/(m K),Pr 6.6
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