2010年本科考试试卷A标准答案

2008级本科班期末考试试卷A标准答案

课程名称： 传热学 任课教师： 高玲 考试时间： 120 分钟

学号： 姓名： 班级：

考试性质（学生填写）：正常考试（ ）缓考补考（ ）重修（ ）提前修读（ ） 题 号 满 分 得 分 改卷人 一 20 二 40 三 6 四 6 五 10 六 10 七 8 八 总分 100

一．填空题（每题2分，共20分）

1．对流换热过程既有 导热 作用，亦有 热对流作用，已不再是基本传热方式。 2． 对无相变受迫稳态流动换热，且当自然对流不可忽略时，准则关联式应由下列准则组成 Nu,Re,Gr,Pr 。若自然对流的影响可忽略，则准则关联式应由下列准则组成 Nu,Re,Pr 。

3．凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中_珠状_凝结换热有较大的换热强度，工程上常用的是_膜状_凝结。

4．非稳态导热问题的差分离散方程有 显式差分 格式和 隐式差分格式。 5．对漫灰表面，其表面的有效辐射应为 本身辐射 与 反射辐射 之和。

6．在瞬态非稳态导热过程中，当 Bi<0.1 时，可近似认为物体内部的导热热阻为零，采用 集总参数法计算。

7．斯蒂芬-玻尔兹曼定律的数学表达式是 EbCb(射力与定向辐射强度之间的关系为 EI。

8．某房间的砖墙高3m，宽4m，厚0.25m，可看做大平壁。墙内、外表面温度分别为15°C和-5°C，已知砖的导热系数为0.7W/（m.K）,则通过砖墙的散热量为 672W 。 9．有一个由四个平面组成的四边形长通道，其内表面分别以1、2、3、4表示，已知角

T4)；服从兰贝特定律的物体，辐100系数X1,20.4,X1,40.25,则X1,3 0.35 。

10．温度20℃的水流经70℃的壁面，对流换热表面传热系数为5000W／（m²·K），则对流换热的热流密度为2.510W/m。 二．简答题（每题5分，共40分）

1．分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？以暖气片内走热水为例。 答：有以下换热环节及传热方式：

（1） 由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热；（2分） （2） 由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为导热；（1分）

（3） 由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。（2分） 2．为什么隔热保温材料都是多孔材料？为什么多孔材料的导热系数受湿度的影响很大？ 答：(1)空隙中充有空气,空气导热系数小,因此保温性好;(2分)

(2)由于水分的渗入，替代了相当一部分空气，而且更主要的是水分将从高温区向低温区迁移而传递热量。因此，湿材料的导热系数比干材料和水都要大。所以，建筑物的围护结构，特别是冷、热设备的保温层，都应采取防潮措施。 (3分) 3．简述边界层理论的主要内容及其对求解对流换热问题的意义。

答：(1) 边界层厚度与壁的定型尺寸L相比极小；(1分) (2) 边界层内存在较大的速度梯度和温度梯度；(1分)

(3) 边界层流态分层流与湍流；湍流边界层紧靠壁面处仍有层流特征，存在层流底层；(1分)

(4) 流场可以划分为边界层区与主流区；(1分) 边界层区：由粘性流体运动微分方程描述

主流区：由理想流体运动微分方程—欧拉方程描述。 （5）．温度场可以划分为热边界层区与等温流动区。(1分)

根据边界层理论，运用数量级分析的方法可以简化对流换热微分方程组，从而可以分析求解对流换热问题。（1分）

4．白颜色的物体就是白体，黑颜色的物体就是黑体，对吗？为什么？

答：不对(1分)。黑体、白体指的是对外来的全波长射线能全部吸收和全部反射的物体，(2分)而物体的颜色反映的是物体对可见光的吸收、反射和透射特性，可见光在全波长射线中只占一小部分，因此不能凭物体的颜色来判断。(2分)

5．管外流动换热，有纵向冲刷和横向冲刷之分。其它条件相同时，流体对同一根管子横

52向冲刷与纵向冲刷相比，哪种情况的换热更为强烈？为什么？

答：横向冲刷时表面传热系数大(1分)。因为纵向冲刷时热边界层较厚，而横向冲刷时热边界层薄(2分)且存在由于边界层分离而产生的旋涡，增加了流体的扰动，因而换热强。(2分)

6．常温下呈红色的物体表示此物体在常温下红光的光谱发射率较其它色光为高（指不加热条件下），你认为此种说法对吗？为什么？

答：不对（1）常温下物体发射出的热射线在红外线范围内，肉眼看不到。（2分） （2）常温下物体颜色反映了物体对可见光的吸收、反射特性 常温下呈红色的物体表示此物体对红色光的光谱反射比较高。（2分）

（3）常温下呈红色的物体对红色光的光谱吸收比较低，根据基尔霍夫定律，其对红色光的光谱发射率较低。（1分）

7．对管内受迫对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热？

答：对于管内强制对流换热，采用短管可强化换热的原因在于入口效应的影响（2分）；采用弯管可强化换热的原因在于由于离心力的作用，产生旋涡，对边界层造成一定的扰动作用（3分）

8．图1示出了常物性、有均匀内热源, 内热源强度qV，二维稳态导热问题局部边界区域的网格划分情况，试用热平衡法建立节点0的有限差分方程式（设xy）。(写出热平衡式，不用整理)。

答：

t3t0t1t0yt2t0xt4t0xy2xyx2yxy3h(tft0)xyqv024三．一直径为d，长度为l的细长圆杆，两端分别与温度为1和侧面与周围流体间有对流换热，已知流体的温度为

tt2的表面紧密接触，杆的

或

tf，而

tft1t2，杆侧面与流体间

的表面传热系数为h，杆材料的导热系数为λ，写出表示细长杆内稳态导热的完整数学描述。（6分） 答： d2t

dx22qV0(qVh(ttf)ddxd24dx4h((ttf)（)4分）d dt2dxd x0,tt14h((ttf)0xl,tt2(2分） 四．野外工作者常用纸制容器烧水，设厚为0.2mm的纸的0.9w/(mk)，水侧沸腾换热表面传热系数h2400w/mk，容器用1100ºC的火焰加热，火焰与纸面的表面传热系数h95w/mk，若纸的耐火温度为200ºC，证明：该纸制容器能耐火。（6分）

22q证明：

tf1tf211h1h2tf1tw11 h1（5分） （1分）

tw1157.2C200C

. mm，长度为1m的电阻丝水平地置于30℃的静止空气中，试问在不计辐五．直径为01射换热的情况下它每米长度上能承受的最大散热量是多少？（该电阻丝的熔点为

970℃）。（10分）

附注：

(1)空气在水平圆柱体外自然对流换热的准则式

Num0.360.363Grm1/60.091 4Grm1/3，Grm106~1.31013

(2)500℃时空气的物性参数

0.057 4 W/(mK)，79.38106 m2/s

解：最大散热量为相应于熔点温度下的表面换热量，其时

tm(97030)/2500℃（1分）

9.8Grm1(97030)0.000 1332735001.89110（2分） 62(79.3810)Num036.0363.(1891.103)1/60091. 4(1891.103)1/3

0.360.127 40.011 30.499（3分）

hNu0.4990.057 4286.4 W/(m2K)（2分） do0.000 1cdolht3.140.000 11286.4940

84.6 W/m（2分）

考虑辐射换热后，在同样壁温下增加了辐射换热量，可承受的热负荷可大大增加。 六．有一圆柱体，如图2所示，表面1温度T1550K，发射率10.8，表面2温度T2275K，发射率20.4，圆柱面3为绝热表面，角系数X3,1（1）表面1的净辐射损失； （2）绝热面3的温度。 （10分）

0.308。求：

图2

解： (1)

Eb1 R1 J1 R13 J3 R12 J2 R23 R2 Eb2

A1A20.320.09, A30.60.30.18

X1,3A30.18X3,10.3080.616A10.09,

X1,210.6160.384

R110.4110.81R, 2

0.40.090.060.80.090.36118.01128.9RRR12 13 230.090.616A1X120.090.384(R13R23)/R12128.918.0216.0

5.67(5.542.754)Φ14.31102(W) (6分)…

1116.00.360.0642(2)J1Eb1Φ1R15.675.54.311014.81103(W/m2) 0.3612.61103(W/m2)0.06J2Eb2Φ1R25.672.7544.31102 J3112(J1J2)(4.811032.61103)3.71103(W/m) 22J3Eb3 ∴

T34J343.71103506(K)…………………...(4分) 8σ5.67102七．初冬晴朗的夜晚，夜空的有效温度可低到–40℃。草上有一滴露珠向着夜空。若露珠与周围空气间的对流换热表面传热系数为20W/mC，假定露珠发射率为0.9，并认为可以忽略露珠、草和地面之间的导热和辐射换热，问当周围空气温度为多少时，草

上露珠开始结霜？（8分） 解

设周围空气温度为t时,草上露珠开始结霜,此时露珠温度为0°C

27304273404)()](6分，对流换热和辐射换热各占3分） 10010020t0.95.67(2.7342.334（)1分）h(t0)Cb[( t=6.65°C（1分）