上海理工2001考研传热学
2001年上海理工大学硕士研究生入学考试试题
考试科目：传热学准考证号：得分：
一、问答题（每题5分）
1．有三层平壁组成的复合壁，已测得各层壁面温度依次为600℃、500℃、300℃、60℃，在稳态导热情况下，问哪一层热阻最小？
2．说明非稳态可以采用集总参数法求解的条件，并说明其物理意义。
3．怎样才能改善热电偶的温度响应特性？
4．直管内紊流对流换热中，其他条件相同时，相同的流速或相同的流量条件下粗管和细管的对流换热系数哪个大？有何证据？
5．不凝性气体对膜状凝结换热有什么影响？其机理是什么？
6．何为灰体？引入灰体概念对计算辐射换热有什么意义？
7．试比较黑表面、温射灰表面、重辐射面的有效辐射和本身辐射的关系。
8．举例说明强化单相强制对流换热的基本思想。
9．从传热观点看，为什么暖气片一般都放在窗户下面？
10．试说玻璃温室效应的原理。
二、计算题（一、二题每题13分，第三题14分）
1．水以2kg/s的流量流过内径为40mm的管子，管内表面的温度保持100℃。问需要多长的管子才能把水（比热Cp=4.141kJ/(kg.k),动力粘度μ=547×10-6N.s/㎡,导热系数λ=0.643W/(m·℃),温从25℃加热到75℃。
密度 1000kg/ ,Pr=3.56,不需要修正）
2.考察一长4m,宽3m的房间,地板和天花板之间的距离为2.5m,房间的四个墙壁是绝热的,由于使用了电阻加热器使地板表面保持均匀温度30℃,天花板的温度为12℃,地板对天花板的角系数为0.29,若所有表面的黑度都为0.9,问地板与天花板间的净辐射热量是多少?墙壁的温度是多少?
3.一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行:热流体进口温度t1′=360℃,出口温度t1″=300℃,冷流体进口温度t2′=30℃ ,出口温度t2″=200℃,热流体的质量流量G1与比热C1的乘积 2500W/℃,传热系数800W/(㎡·℃) .运行一年后发现,在G1C1、冷液体的G2C2 及t1′、t1保持不变的情形下，冷流体只能被加热到162℃，而热流体的出口温度则高于300℃，试确定此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。
三、推导题（每题5分）
1．一侧面绝热的棒，一端x=0处，温度为t0，另一端x=L处，温度为t0，该棒的横截面积按线性规律变化f x=x0(1+x/L)，f0为x=0处的截面积，材料的导热系数λ=λ0exp(t/t0)，试推导通过该棒的热流量。2．假定顺流式换热器中传热系数k与两种流体的温差成线性关系，k=a+b△t,其中a、b为已知常数，△t 为任一截面上的局面温差，试证明换热器的总传热量为：
式中k′、k″分别为换热器入口端和出口端的传热系数，△t′、△t″分别为换热入口端和出口端的两种流体温差，F为传热面积。（推导中假定水当量GC为常数，流体无相变发生）
2002年上海理工大学硕士研究生入学考试题
考试科目: 准考证号: 成绩:
一、简答题：
1．（6分）写出下列特征数的表达式，并简要说明其物理意义。
Bi Pr Gr Nu Re
2．（4分）简述集总参数法的实质。
3．（4分）什么是定性温度？对于管内对流换热，定性温度一般如何选取？ 4．（4分）推导对流换热微分方程组时，主要依据的是哪几条定律？ 5．（4分）试比较水平管外膜状凝结换热过程和水平管外膜态沸腾换热过程有何相同之处和不同之处？ 6．（4分）气体辐射有什么特点？ 7．（4分）对壳管式换热器来说，两种流休在下列情况下，何种走管内？ （1）清洁流体与不清洁流休
（2）温度高的流体与温度低的流体 二、计算题 1．（14分）一厚度为20cm 的大平板，通过电流时发热功率为4×104W/m 3，夹板表面暴露于30℃的空气中。已知表面与空气之间的对流换热系数为60W/(m 2.K)，平板的导热系数为3W/(m.k) （1）列出描述这一稳态导热问题的微分方程及边界条件； （2）求出温度分布表达式； （3）确定平板中的最高温度及位置。 2．（8分）如图所示为二维无内热源、常物性的稳态导热，边界节点
1、2、
3和5所在边界与温度为t f 的流体进行对流换热对流换热系数为h 。设物
体的导热系数为λ，试根据元体平衡法，列出节点3、节点7产差分离散方程式。 3．（16分）水以3m/s 的流速流过内径d=20mm 且具有均匀壁温t w =50直
管道，水的进口温度为30℃，出口温度为40℃，求： （1）管内对流换热系h ；（2）管道长度。
水的特性参数
T ℃ Cp kJ/(kg.k) ρ kg/m3 ν (m2/s) λ (m2/s) Pr
30 4.174 995.7 0.805×10-6 0.618 5.42 40
4.174
992.2
0.659× 10-6
0.635
4.31
4（16分）一块5m 高、1m 宽的漫射灰体平板表面，从一辐射源得到投入辐射800w/m 2，背面绝热，环境和空气温度为27℃，平衡时平板温度为77℃，求：（1）平板自然对流换热的热流量；（2）平板的辐射热流量；（3）平板表面的黑度。
空气为常物性： υ=2.354×10-5m 2/s , β=2.65×10-3K -1
λ=0.032W/(m ℃), Pr=0.695 可供选用的准则方程式：Nu=0.59(GrPr)1/4, (GrPr<109) Nu=0.12(GrPr)1/3, (GrPr>109) 5．（16分）设计一个把总流量为2.5kg/s 的水从15℃加热到85℃的叉流式换热器，使160℃的热机油通过壳侧，冷水则在10根八流程、管径为25mm 的薄壁管中流过（如图示）。书籍管内水的换热系数为3000 W/(m ℃)、比热为4187J/(kg ℃)，管外油的换热系数为400 W/(m ℃)、比热为2350 J/(kg ℃)，忽略管壁导热热阻。求：（1）若油离开换热器为100℃，油的流量为多少？（2）为达到设计要求，每根管子的长度为多少？（本题可作逆流考虑）
题5附图
水 油
tf, h 题2附图
△△
2003年上海理工大学硕士研究生入学考试试题
考试科目：传热学准考证号：得分：
一、简答题
1．（７分）角系数是个纯几何因子的结论是在什么假定下得到的？
2．（７分）写出无因次准则数Ｎu和Bi的表达式，说明它们的物理意义。这两个准则数有
何区别？
3．（７分）在大气压下同样的两水滴在表面温度分别为120℃和400℃的铁锅上，试问哪个铁锅上的水先被烧干？为什么？
4．（７分）对管式内强制对流换热，若采用短管或弯管可以化流体的热，这是何道理？
5．（8分）对非稳态导热而言，导热微分议程中只出现热扩散系数。因此，是否可以这样说，此时的导热泪盈眶过程只与表征导热能力快慢的热扩散系数a有关，而与表征导热能力大小的导热泪盈眶系数λ无关，为什么？
6．（７分）热水在两根相同的管道内以相同的流速流动，管外分别用空气和水来冷却。运行一阶段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。问：水垢的产生对哪一根管道的传热系数影响更大？
7．（７分）农村中常使用的太阳能灶的受热面往往涂上黑色，但工厂的车间中使用的辐射采暖板却不涂黑色，试说明其中的道理。
二、计算题（共5题，每题20分）
1．用热电偶测量电烤箱中的温度变化。热电偶表面积A，体积V，物性均为常数。电烤箱内的空气温度随时间τ的变化可看成是线性的，即t f =Bτ,B为一常数。热电偶与空气的对流换热系数为h。求在电烤箱开始工作后，热电偶的显示温度随时间的变化关系。（设该问题可以用集总参数法求解）。
2．一温度为t fo的常物性液体以质量流量G稳定流过一圆，圆管直径为D，圆管处于均匀的壁温t w，液体与管子间的对流换热系数为h。求液体平均截面温度随管长的变化关系t=t f(x)
３。如图所示两个半径R=20cm的半球球壳，其内表面温度与黑度分别为。t 1 =120℃、ε1=0.8；t 2 =30℃、ε2=0.9，这两个半球之间夹有一层遮热板，其两面的黑度分别为εm1=0.8、εm2=0.02。
（1）画出该辐射系统的网络图；（2）计算各表面热阻及空间热阻；
（3）求加了遮热板后两半球之间的辐射换热量；（4）求遮热板的平衡温度T m。
图如右
4．有一传热面积为7m2换器，冷流液体作逆流布置。冷流体的进口温度分别t’1=70℃，t’2=40℃，冷流体的缈谖缈爱露为5.5 ℃。质量流量m 1、m 2分别为4.0kg/s和4.5kg/s，已知冷热流体的比热泪盈眶分别为：C p1=4183J/kg ℃, C p2=4174J/kg ℃。
（1）计算换热器的传热系数k。
（2）换热器运行一年后，在流量和进口温度不变的情况下，冷流体的出口温度降为54℃，求此时污垢热阻为多少。
5．微翅管（microfin tube，又称内螺旋管）是近年来广泛用于制冷、化工工业的一种强化换热元件。为了研究水在微翅管内作紊流强制对流换热特性，需建立一试验台。请你以电加热方式加热管内水的强制对流为例，说明在实验过程中应测定哪些物理量，并简略绘出其实验系统图。
2004年上海理工大学硕士研究生入学考试试题
考试科目：传热学准考证号：得分：
一、简答题（每题5分）
??=30℃/m，导热系数1．一无内热源平板沿厚度x方向发生一维稳态导热，其一侧表面上的温度梯度/x y
λ1=40W/(m℃)，如果基另一表面上的导热系数λ2=50W/(m℃)，问这一侧表面上的温度梯度是多少？2．解解释毕渥数Bi的物理含义，并说明为什么用Bi判别非稳态导热问题能否采用集总参数法求解。3．图1．1表示出了常物性、有均匀内热源?Φ的二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置，试用元体平衡法建立节点o关于温度t 的有限差分方程式。（设△x=△y，所需参数的符号自己设定）
4．当条件相同时，物体在空气中冷却快不定还是在水中冷却快？这一现象说明对流传热与什么因素相关？5．试用简图表示流体沿平板流动时速度边界层的发展并说明速度边界层内分成哪些区域？
6．试解释普朗特数Pr的的物理意义，并示意性的画出Pr>1时的速度边界层和热泪盈眶边界层厚度沿板长的变化（速度边界层和热边界层要画在同一图上以便比较）。
7．说明温度附面层的根念及附面层能量微分方程在物理上忽略了哪部分换热？
8．在应用管内旺盛紊流实验关联式Nu=0.023Re0.8P r″时，当流体与换热泪盈眶壁面温差较大时需要对计算结果修正，为什么？
9．试说明为什么一个细长圆柱水平放置时自然对流换热一般大于竖直放置时的自然对流换热？
10．在稳定模态沸腾过程中，为什么换热系数随?t啬而迅速上升？
11．试说明大气中CO2含量增高为什么会出现大气温室效应？
二．计算题
1．（10分）一直径为5cm的钢球，其初始温度为500℃，突然被置于30℃的空气中。设钢球表面与周围环境的对流换热系数为10w/m2℃，试计算钢球非稳态导热的时间常数及其被冷却到300℃所需要的时间。已知钢球的比热为C=0.48kJ/kg℃,ρ=7753kg/m3,λ=33w/m℃。
2．（20分）长10m、外径133mm的水平管道通过一大房间，房间壁面及其内的空气温度均为30℃。若管道表面温度为90℃、黑度为0.9，求管道的散热量（自然对流换热的努赛尔特常数用下列式计算Nu=0.48(Gr/Pr)0.25）。
3．（22分）如图2所示为一半径为R=1m的半球，球冠3绝热。底面
1和2的温度分别为500C 和100C ，黑度都有为0.9，求底面1和2
间的辐射散热量。（电压）
4．（23分）温度为95C 的热空（热流电流）气流经一内径100mm，
厚度（老师所给试卷上此题不全）
2005年上海理工大学硕士研究生入学考试试题
考试科目：＿＿＿＿＿准考证号：＿＿＿＿＿得分：＿＿＿＿＿
一、简答题（共50分）
1．（6分）同一时刻物体中温度相同的点连成的线（或面）称为等温线（或等温面），试问等温线（面）的疏密如何反映其温度梯度的大小？温度不同的等温线（面）能否相交？在连续的温度场中等温线（面）可否中断，可否闭合或终止于物体的边界？
2. (4分)为什么多层平壁中温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折线？
3. (6分)简述用热电耦测温时其时间常数的物理含义，并写出其表达式，说明影响其大
小的因素。
4. （4分）何谓速度边界层和温度边界层？写出速度边界层厚度δ和温度边界层厚度δt
的定义。
5. （5分）流体在恒热流壁面的管内流动，若对流换系数h为常数，试画出流体温度与
管壁温度沿管长方向分布的示意图。
6. （5分）有两块用同一材料制成相同尺寸为100mm × 100mm 的正方形平板电阻加热
片，一块为平面，另一块则冲制出许多菱形突起花纹，若两块平板均垂直悬挂在大房间里，且加热功率亦相同，问哪块平板的表面温度高？为什么？
7. （4分）如图所示的两表面间的角系数能否表示为：
（a）X3,(1,2)= X3,1 + X3,2
(b) X(1,2) ,3= X1,3+ X2,3
如有错误，请予以改正.
8. (6分)解释下列名词：
发射率；重辐射面；辐射遮热板。
9. （5分）有人说，增加管壁厚度，总可达到减少传热的目的，这种说法对吗？
10. （5分）讨论换热器顺流布置与逆流布置的优缺点。什么情况下没有差别？
二、计算题（共100分）
1. （20分）一砖墙厚δ=8cm，导热系数λ=0.5 W/（m℃），砖墙内侧避面维持在恒定的温
度t W 1=84℃,砖墙的外侧与大气接触，空气的温度维持恒定，t f=16℃,此时，测得砖墙外壁温度t W 2=56℃。求：
（1）通过砖墙的热流密度q。
（2）外侧壁面的空气对流换热系数h 为多少？
（3）若在砖墙外侧加敷一层λ，=0.07 W/（m℃）的隔热材料，并要求砖墙最外表面(既加了隔热层后的外表面)的壁温降到28℃，则隔热层需要多厚δ，（忽略砖墙与隔热材料之间的接触热阻）？
2. （20分）用温度为 2 0℃的空气冷却300℃的铝制试件，试件表面积为6×10-3m2，体
积为3×10-5m 3
， 冷却1分钟后，试件温度为60℃。试用集总参数法求对流换热系数h ， 并说明本题采用集总参数法求取h 为什么可行？ （已知 铝 λ =200 W/（m ℃），C p=0.9kJ/kg,℃,ρ=2700kg/m3）
3. （20分）已知某一省煤器的管壁平均温度为230℃，水的进出口温度分别为 180℃和
220℃，流动情况为紊流，平均流速为1m/s,管子为直的圆管，管内径为12mm ，已知Nu f =0.023Re f
0.8
Pr
0.4
,试求：
（1） 管内表面传热系数为多少？ （2） 热流密度为多少？
（3） 所需管子的长度为多少？
水的物性： T(℃)
]
/[3m kg ρ Cp[KJ/kg. ℃] ]
./[102C m W ??λ ]
./[106s m kg ?υ Pr
180 886.9 4.417 67.5 0.173 1.06 200 863.0 4.505 66.3 0.158 0.93 220 840.3 4.614 64.5 0.148 0.89 240
813.6
4.756
62.8
0.141
0.87
4.（20分）.现有一封闭圆筒（如图），其上下两个底面是黑体，温度分别为80℃和20℃，
直径d=1m, 圆筒侧内表面黑度为0.8，温度为50℃，筒高L=1m 。（已知角系数X 1，2=0.17）
，求：
（1） 画出网络图； （2） 计算各项热阻；
（3） 各表面之间的辐射换热量。
5. （20分）有一台逆流套管式冷油器，冷却水流量为230kg/h,进水温度为32℃，比热
为 4.17kJ/(kg/℃);热油的流量为350kg/h,比热为 2.1kJ/ (kg ℃), 热油进口温度为140℃，要求离开换热器时换热器的的出口温度低于60℃；冷油器的传热系数为320 W/（m ℃）。求：
（1） 冷油器的换热量； （2） 冷却水的出口温度；
（3） 冷油器的换热面积至少多大？
2006年上海理工大学硕士研究生入学考试试题
一． 简答题（共50分）
1、（5分）名词解释
温度边界层 发射率 复合换热 污垢热阻
2、（5分）导热系数 λ=λ0/b t ，画出一维稳态导热时平壁（b>0, b=0,b<0）、圆筒壁（b=0）内的温度分布。
3、（5分）用热电偶测量流体温度，为了减小动态测量的热电偶时间常数，对热电偶的换热条件提出了什么要求？
4、（5分）管内强制对流换热准则关系式n f f f Nu Pr Re 023.08.0=中 n 取0.3或0.4。问n 是对什么因素进行的一个修正？如何选用？关系式中下标 f 具有什么意义？
5、（5分）空气分别流经两根直径均为d ，长度分别为L 1和 L 2的圆形管道，空气在管道中的平均流速、以及空气入口温度均相同，且低于通道壁面温度。若：
60,6021>> L d L ，问两根管道内的平均表面换热系数h 1 和 h 2是否相同？ 哪个大？为什么？ 6、（5分）冷空气以常速流过一薄平板，平板另一侧水蒸气凝结换热。问平板温度更接近哪一侧？ 为什么？ 7、（5分）影响外掠管束对流换热表面换热系数n 的因素有哪些？ 8 、（5分）在什么前提条件下可以得到“角系数是一个纯几何因子”？角系数有哪些几何性质？ 9、（5分）采用空调后，冬夏两季室内气温均可以维持在25℃，为什么在这样一个空调环境下，人在冬天的感觉比夏天冷？ 10、（5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？ 二．计算题（100分） 1、（20分）一厚δ=400mm、具有均匀内热源Φv=1000w/m3的无限大平板 垂直放置在温度为t f=15℃的空气中，平板的导热系数λ=0.5 w/(m℃)，其两侧表面接收ΦE =100 w/m3的辐射能，与空气对流换热的表面换热系数为h =5 2 W℃（1）写出描述这一换热问题的微分方程和换热条件；（2）/m 求出平板中心和两侧表面的温度。 2、（20分）一直径为d=30 mm 的金属小球，其中心有一个可忽略体积的电 加热器，加热器的加热功率为30W，小球的导热系数λ=20W/m℃，密度=78003 kg比热c=420J/kg℃，该小球放置于温度恒定的房间内，测得小/m 球表面温度为230.2℃，小球表面欻热系数h=502 W℃，求: (1)房间内的 /m 空气温度； (2 )电源切断后，小球表面温度从150℃降到100℃经历了多长时间。 3、（20分）以温度为60℃的饱和水蒸气在水平放置、外经 d=30mm的铜管外 凝结，室内冷却水流量0.5kg/s，对流传热系数50002 W℃。若管内冷却 /m 水温度由20℃增加到40℃；求：（1）铜管外凝结的表面换热系数0h ；（2）传热系数k ；（3）铜管的壁面温度；（4）所需铜管的长度（忽略管壁热阻和污 垢热阻，近似取1d =0d ）（物性参数见附表；可选择的实验关联式为 25.0/132Pr)(48.0]) ([ 729.0Gr Nu t t d gr h d w s l f l H =-=和ηλρ ） 4、（20分）有一边长为=0.5的无限长正方形通道，其表面黑度分别为=0.8、=0.5，若表面1和2的温度分别为500K 和400K,表面3绝热。求： （1）画出辐射换热网络图；（2）各角系数；（3）单位长度的各表面热阻和空间热阻；（4）单位长度表面1，2净辐射换热量；（5）表面3的温度。 5、（20分）有一台套管式换热器，饱和温度为120℃ 的 饱和蒸汽在内管中凝结，其表面传热系数i h =90002/m W K ；初温为25℃、质量流量为0.8kg/s 的水从环形通道中流过，要求水流出时能加热到55℃；换热器的外壳绝热良好；套管换热器内管内径为36mm ，外经为40mm ，外管内径为60mm ，内管壁面的导热系数为36W/(mK) ；求：（1）换热器的换热温差；（2）环形管道内管外壁面的表面传热系数0h ；（3）换热器的传热系数0k （内管外侧壁面为基准）；（4）套管长度L 。（物性参数见附表） 附表：饱和水的物性参数 T(℃) ρ[kJ/kg ℃] λ[W/mK] R[KJ/Kg] Pr 30 995.7 0.618 801.5 5.42 40 992.2 0.635 653.3 4.31 50 988.1 0.648 549.4 3.54 60 983.1 0.638 469.9 2.99 2007年上海理工大学硕士研究生入学考试试题 考试科目准考证号得分 一、简答题（45分） 1、（5分）讨论换热器顺流布置与逆流布置的优缺点。什么情况下没有差别？ 2、（5分）在两块平行无限大灰体表面之间插入一快金属薄板作为辐射遮热板，画出其辐射换热网络图，并说明如何让提高遮热效果。 3、（5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。 4、（5分）试解释普朗特常熟Pr的物理意义，并示意性地画出Pr>1时的速度边界层和热边界层厚度沿板长的变化（速度边界层和热边界层要画在同一图上以便做比较）。 5、（5分）一个直径为d的圆球，一个边长为d的正方体，同一初始瞬间被置于相同的外部环境中进行冷却，所有其他条件均相同（符合集总参数法应用条件），问哪一个冷却的快？为什么？ 6、（5分）图1 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 w，r = r i的表面 的环境换热，表面传热系数为h ，为绝热，其余表面与温度为t ∞ 用数值法确定区域中的温度分布，在径向和周向分别定步长Δr 和Δφ划分计算区域，节点布置如图1所示。假定区域的物性参数已知且为常数，试用热平衡法建立节点1 和7的离散方程（有限差分方程试）。（不要求整理） 7、（5分）为什么大气中CO2含量增高能对地面形成“温室效应”？ 8、（5分）直径10cm的圆盘水平放置在直径为25cm的半球的球心位置，如图2所示，设半球的内表面为表面1，圆盘上的表面为表面2。 试求角系数X1,2 9、（5分）如图3所示，圆台系某系统的支座，其上、下表面分别维持常温t1和t2，且t1>t2。材料导热系数为常数λ0；圆台侧面绝热。假定圆台中发生X方向的一维稳态导热，试分析导热量Φ、热流密度q、温度变化率dt/dx是随X的增大而增大还是减小，或是不变。 二、计算题（共93分） 1、（22分）一根外径为112mm，长为15m的水平钢管通过一大房间。房 间壁面及其内的空气温度均为25℃。若管道外表面温度为45℃、黑度0.9，求钢管的散热量。 2、（27分）如图4，以直径为1m的圆管，高1m，已知顶部内表面1 的黑度为ε1=0.2，温度为t1=627℃，底部内表面2的黑度ε2=0.5，温度=127℃；圆筒的内壁面3绝热，求： 1）表面1、表面2之间的总辐射换热量。已知表面1、2之间的角系数为X1,2=0.3 2）表面3的温度t3。 3、（18分）直径为d=0.5mm 的球，其材料的密度为ρ=8920kg/m3，比定压热容为Cp=400J/(kg k)，导热系数为25W/（m k）。其初温为20℃，突然将其置入温度为t=125℃的空气流中，表面传热系数为420W/(m2k)，问热点偶指示温度达到123℃时所需要的时间；在这期间热点偶吸收的热量是多少？ 4、（26分）一逆流式套管换热器，内管的内经d1=20mm，壁厚δ=1.5mm。内管流过质量流量G1=0.4kg/s，进口温度为t1’=95℃，出口温度为t1”=70℃的水，比定压热容Cp1=4.2kJ/(kg k)。环形通道流过入口温度为t2’=15℃，质量流量为G2=0.7kg/s的油，油的比定压热容为Cp2=1.96kJ/(kg k)，油侧表面传热系数为345W/(m2k)。内钢管的导热系数为40W/(m k)，求油的出口温度及套管的长度（不需要考虑修正）。 水的物性参数为λ=0.68W/(m k) ρ=965kg/m3v=0.310-6m2/s Pr=1.9 三、分析题（12分） 1、（6分）一厚度为2δ的无限大平壁，导热系数为。平壁两侧置于温度为t f，表面传热系数为h的流体中，平壁内有均匀的内热源Φ。试确定平壁内的稳态温度分布。 2、（6分）试由常物性、一维、稳态、有内热源的导热微分方程式出发，导出有均匀内热源的一维等截面直肋的导热微分方程式。肋片的截面积为Ac，周长为P，材料导热系数为λ，环境温度为t ∞ ，肋表面的表面传热系数为h，肋片中的内热源为Φ。 附： 1、计算对流换热时一下公式可供选择： 自然对流换热的准则方程式：Nμ= 0.48（Gr Pr）1/4 管内强制对流的准则方程式：Nμ= 0.023 Re0.8 Pr0.3 2、附空气物性参数表： 温度℃ρ Cp KJ/(Kg K) λ×102 W/(m K) V×106 m2/s Pr 20 1.205 1.005 2.59 15.06 0.703 30 1.165 1.005 2.67 16.00 0.701 40 1.128 1.005 2.76 16.96 0.699 2008年上海理工大学攻读硕士研究生入学考试试题 一.简答题：（共64分，每小题8分） 1.热量传递有哪三种基本方式？他们传递热量的机理如何？自然界是否存在单一的热量传递方式？ 2.什么叫膜状凝结？什么叫珠状凝结？膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方？ 3.比较准则数Nu和Bi的异同。 4.单程套管式换热器的热流体进出口温度分别为320℃和160℃，冷流体的进出口温度分别是60℃和 120℃。试确定逆流布置时的对数平均温差，并画出沿管轴冷热流体温度分布曲线示意图。假定比热容是定值。 5.导热过程的完整数学描述应该包括哪些内容？写出大平板、稳态、常物性、无内热源、壁两侧都是第 三类边界条件下的完整数学描述。 6.强化传热的原则是什么？试举三个强化管内对流换热的方法。 7.试建立二维稳态、无内热源、常物性导热问题，在第三类边界条件下的平直边界节点i,j的温度离散方 程。已知物性导热系数为 ,环境温度为f t，表面传热系数为h 。 8.选择太阳能集热器的表面涂层时，该涂料表面的光谱吸收比随波长的变化最佳曲线是什么？有人认为 取暖用的辐射采暖片也需要涂这种涂料，你认为合适吗？ 二.计算题：（共86分） 1.（18）空气在管内被加热，管内径是 2.54cm。入口温度是t 1 =200℃,流速为u=10m/s,管壁面保持恒热流， 内壁面温度比空气高20℃。试求：1.单位长度管子的热流量；2.如果管长3m，空气的出口温度t 2 。 已知：空气的热物理性质取：ρ=1.493kg/m3,c p=1025J/(kg.K),λ=0.0386w/（m.K）,μ=2.57*10-5kg/（m.s），p r=0.681 2.(18)宽1m，长1.2m的平板，板面温度均匀地维持60℃不变。常压下20℃的空气以速度υ=16m/s流过平板。求：1.离板前端0.3m处的局部表面传热系数和平均表面传热系数；2.离板前端0.3m段的对流换热量。 已知：常壁温外掠平板层流局部表面换热准则关系式：Nu x =0.332Re2/1 x Pr3/1 常壁温外掠平板湍流局部表面换热准则关系式：Nu x =0.0296Re5/4 x Pr3/1 常壁温外掠平板湍流平均表面换热准则关系式：Nu=（0.037Re5/4-870）Pr3/1 空气的热物理性质： 温度t 密度ρ比热容c p 导热系数λ运动粘度υPr ℃kg/m3kJ/（kg.K）102W/（m.K）106m2/s 20 1.205 1.005 2.59 15.06 0.703 30 1.165 1.005 2.67 16.00 0.701 40 1.128 1.005 2.76 16.96 0.699 50 1.093 1.005 2.83 17.95 0.698 60 1.060 1.005 2.90 18.97 0.696 3.（18）一直径为1m的封闭圆桶，上下两个圆面1和2是黑体，温度分别是80℃和20℃。高为L=1m的内测面3的表面黑度为0.8，温度是50℃。求：1.画出网络图；2.计算各热阻；3.各表面的净辐射换热量。 已知角系数X 2,1 =0.172。 4.（16）两块厚度为30mm的无限大平板，初始温度为20℃,分别用铜和钢制成。平板两侧表面的温度突然上升到60℃，试计算使两板中心温度均上升到56℃时两板所需时间之比。铜和钢的热扩散率分别为103*10-6m2/s，12.9*10-6m2/s 5.（16）压力为1.013*105Pa的饱和水蒸气，用壁温为90℃的水平铜管来凝结。有两种方案可以考虑：用一根直径为10cm的铜管；或用10根直径为1cm的铜管。若两种方案的其他条件相同，要使产生的凝液量最多，应采用哪种方案？这一结论与蒸汽压力和铜管的壁温是否有关? 水平管的凝结换热系数h H =0.729[ ） （ η λ ρ w s l 3 l 2 l t t d gr ]4/1 上海交通大学2009传热学考研试题回忆版 一、简答题（部分） 1、用传热原理解释手握铁棒和木棒一端，另一端置于火中时铁棒感觉较热？冬天把手放在铁板和木板上感觉铁板较凉？ 2、热辐射三个基本定律？并简述其相互关系？ 3、用传热解释塑料大棚的温室现象？ 4、解释在北方冬天的窗户为什么用双层玻璃？并且在什么情况下效果最好？ 二、问答 1、关于凝结的推导题，是杨世铭主编的传热学的课后习题 2、关于对流传热的，考了入口段 三、计算 1、三个面的辐射网路图，并计算A面的散热量 2、传热过程，不是很难的 上海交通大学2010传热学考研试题回忆版 简答题8道，分析说明题4道，计算题5道，回忆顺序可能不一致 一．简答题 1．传热有哪几种方式，各有什么特点 2．强制对流和自然对流各有哪几种流态，判别的准则数各是什么，给出具体表达式 3．冬天，一手拿木棒，一手拿铁棒，另一端都放火上烤，铁棒的感觉到热；夏天，一手摸木板，一手摸铁板，铁板的感觉到凉，用传热原理说明原因 4．北方窗户采用双层窗户隔热，其原因是什么，隔热条件是什么 5．画出水被加热沸腾的曲线，说明为什么1滴水滴在130度的钢板上比420度的钢板上先烧干 6．有人说d2t/dx2=0的一维稳态导热温度分布与导热系数无关，因为里面没有λ，请说明这种看法对不对，为什么 7．沸腾传热与冷凝传热的强化原则是什么，请在改善表面结构上给出具体措施 8．推导有效辐射与投入辐射的关系，并说明有效辐射有哪几部分组成 二．分析题 1．一厂的热电偶上标有时间常数1S，给出其具体表达市，用传热知识说明标注是否准确，为什么 2．自己划分网格，给出如图所示的 2004－2005学年传热学考试试题（A ）答案 一 回答下列5题（25分） 答：略 二 如右图所示，在图中画出节点（i ，j ）的控制区域，并试导出其二维稳态导热时的离散方程。已知右侧壁绝热；顶端处于温度为f t 的流体中，换热系数为h ，有内热源为Φ ；网格均匀划分，且y x ?=?；材料的导热系数为λ。（10分） 解： 04 )(222,,1,,,1=Φ??+-?+?-?+?-?-- y x t t x h y t t x x t t y j i f j i j i j i j i λλ y x ?=?时，04 )(22 22,,1,,,1=Φ?+-?+-+--- x t t x h t t t t j i f j i j i j i j i λ λ 也可以化简为：Φ?+?++=?+-- λ λλ 2)2(21,,1,x t x h t t t x h f j i j i j i 三 由两种不同材料组成的一维复合平板如图1所示，左侧表面(0=x )保持恒温t 0，右侧表面（B A L L x +=）暴露于温度为∞t （∞>t t 0）、对流换热系数为h 的气流中，忽略复合平板与环境的辐射换热和接触热阻。（15分） 1 给出通过复合平板的稳态热流密度q 的计算 公式； 2 推导稳态时，平板A 和B 分界面温度t 1的计算公式； 3 假设导热系数B A λλ>，画出x 从0到∞的稳态温度分布趋势。 解：令 h R L R L R h B B B A A A 1 ,,===λλ 1 h L L t t q B B A A 10++-= ∞ λλ 2 A A A B B A A A A B B A A qR t L h L L t t t t L t t h L L t t q -=?++-- =?-=++-= ∞∞00011 0011λλλλλλ 或：h B A A h B A A B B R R R t R t R R t L t t h L t t q ++++= ?-=+-= ∞ ∞ 011 01)(1λλ t 0t ∞, h 1.试求出圆柱坐标系的尺度系数，并由此导出圆柱坐标系中的导热微分方程。 2 .一无限大平板，初始温度为T 0；τ>0时，在x = 0表面处绝热；在x = L 表面以对流方式向温度为t f 的流体换热。试用分离变量法求出τ>0时平板的温度分布（常物性）。（需求出特征函数、超越方程的具体形式，范数（模）可用积分形式表示）。（15分） , 3.简述近似解析解——积分法中热层厚度δ的概念。 答：近似解析解：既有分析解的特征：得到的结果具有解析函数形式，又有近似解的特征：结果只能近似满足导热解问题。在有限的时间内，边界温度 的变化对于区域温度场的影响只是在某一有限的范围内，把这个有限的范围定义为热层厚度δ。 4.与单相固体导热相比，相变导热有什么特点 答：相变导热包含了相变和导热两种物理过程。相变导热的特点是 1.固、液两相之间存在着 移动的交界面。 2.两相交界面有潜热的释放（或吸收） | 对流部分（所需量和符号自己设定） 1 推导极坐标系下二维稳态导热微分方程。 2 已知绕流平板流动附面层微分方程为 y u y u V x u u 22??=??+??ν 取相似变量为： x u y νη∞ = x u f νψ∞= 写出问题的数学模型并求问题的相似解。 3 已知绕流平板流动换热的附面层能量积分方程为： ?=∞?? =-δ00)(y y t a dy t t u dx d 当Pr<<1时，写出问题的数学模型并求问题的近似积分解及平均Nu （取三次多项式）。 4 ] O x 5写出常热流圆管内热充分发展流动和换热问题的数学模型并求出速度和温度分布及Nu x.辐射 1．请推导出具有n个表面的净热流法壁面间辐射换热求解公式，并简要说明应用任一种数值方法的求解过程。 2．试推导介质辐射传递方程的微分形式和积分形式，要求表述出各个步骤和结果中各个相关量的含义。 3．根据光谱辐射强度表示下面各量：1）光谱定向辐射力；2）定向辐射力；3）光谱辐射力；4）辐射力；5）辐射热流量。要求写清各量的符号、单位。 4．说明下列术语（可用数学表达式）（每题4分） a)光学厚度 b)漫有色表面 c)? d)兰贝特余弦定律 e)光谱散射相函数 f)定向“灰”入射辐射 一、 填空题（23分） 1.1. （3分）温度梯度的数学表达式为 ，它表示在等温面的 法线方向 上，单位长度的 温度变化率 最大。 1.2. （2分）黑体是指 反射比和透射比 为0的物体，白体是指 反射比为1 的物体，透明体是指 穿 透率为1 的物体，灰体是指 光谱吸收比 与 波长 无关的物体。 1.3. （4分）集中参数法中时间常数的定义式 ；时间常数可以看作 物体对流体温度变 化响应快慢 的指标。 1.4. （3分）大容器饱和沸腾曲线可分为 自然对流区、核态沸腾区、 过渡沸腾区 和 模态沸腾区 四 个区域，其中 核态沸腾 区域具有温差小、热流大的传热特点。 1.5. （4分）强制对流和自然对流分别存在以下两种流动形态： 层流 和 湍流 ，判断强制对流和自 然对流流动形态的准则数分别是 雷诺数Re 和 格拉晓夫数Gr 。 1.6. （3分）材料成形工业中称为吸热系数的物理量，除与导热系数成正比外，还与 密度 和 比热 物性有关，它的大小代表了物体向 与其接触的高温物体吸热 的能力。 1.7. （4分）热水瓶内胆瑕疵后，其瓶胆夹层形成的很薄的气隙间的复合传热，忽略对流换热可以认 为是 热传导 和 热辐射 两种基本换热方式并联的换热现象。其中各自的计算公式为 ，和 。 二、 简答题（35分） 2.1. （6分）有一非稳态系统,无内热源，常物性二维导热物体,在某一瞬时的温度分布为 x y t cos 22 =， 试根据导热微分方程判断该导热物体内部点1,0==y x 处的温度是随时间增加逐渐升高，还是逐渐降低。 二维非稳态无内热源常物性的导热方程： （2分） 将t=2y 2 cosx 带入上式， （2分） （2分） 过来人分享上交大动力工程及工程热物理 考研经验 一、关于上海交通大学考研心态： 虽然今年顺利考上，但我个人觉得上海交通大学考研不易，大家首先要端正心态。不要把上交想的太好考而心比天高，我在论坛上，贴吧见过许多心高气傲的人，自己觉得自己很厉害，记住永远不要觉得自己很厉害，你如果很厉害本科就该在交大，而你现在想考研交大说明你还有很大的空间需要提高自己。把上交定为自己的考研目标需要付出很大的努力，光靠嘴巴上说说没用，需要踏踏实实的学习。还有不要把上交想得太难考而不敢去考，有些人很努力反而没自信，结果分数考得很高，但是没报交大，挺遗憾的。所以考交大，先要做的是端正自己的心态。不妨好好花一个晚上仔细审视一下自己，自己究竟处于一个什么样的位次。 二、关于初试基础课： 1、数学： 对于数学，我觉得要多做题，要多花时间。数学花的时间可以说是考研中最多的，也可以说是决定着考研的成败，今年数学一挺难的，许多同学都考得其实挺差的，有好多都没过线，我今年可以说是占了数学的便宜，120多分数不算很高，但今年数学120多考上海交通大学机动学院是足够了。有些同学全书只看了一遍，有些甚至全书都没看完，就上考场了，这样做的后果就是知识点都不熟，最后数学考得很差。数学题做的不够是很危险的，今年数学一填空选择出的有点怪，好多同学上来就蒙掉了，我前面小题花的时间也很多，但基本最后排除法不确定的题目倒是比较少，结果前面小题做的还行，所以最后数学考得还比较满意。大家可能在下面做考研真题的时候觉得蛮简单的，但一旦到了考场上，在那种高压的环境下，你能力能发挥出七成就不错了，我感觉，有些题，有些知识点你可能会，但是你不熟，所以你得不出来它的正确答案，结果就算错了或者没写出来。而多做题就是训练你对知识点的熟悉程度，不熟在考场上等于不会。 2、英语： 我英语算是比较糟糕的，六级450+，考研英语考得不差，觉得可能自己做题方法比较有效，我做考研阅读题的时候，一定会把短文读懂再做题，就算不是全懂，一般也是懂了八成，所以做阅读理解的时候就不会猜，英语阅读千万不要猜，一般猜的答案自己心里会很虚，合理分配时间，确保各个部分都有时间写，这样你才能考完英语后有底。当然，这个我英语不太好其实，所以我这个可能更适合六级成绩在450左右的同学，总之做英语题要相信自己，只要每个短文都基本读懂了，过线一点问题没有，要是做题时短文读得稀里糊涂的就把答案选出来了，这样同学要当心了。 3、政治： 政治我觉得没什么可说的，只是想说不必报班，数学，英语，专业课都不必报班，考研考的是自己，任何人都决定不了你能不能考上，唯有你自己。 4、专业课： d 21m 第 3 题 附 图 N χ χ =0 χ =N 上海交通大学 1997年硕士研究生入学考试试题 试题名称 传热学（含流体力学） 答案必须写在答题纸上 传热学（含流体力学） 1、输气管道内的空气温度t f =100℃，流速u=1/s, 用一支插入套管中的水银温度计测量空气温度 （见附图），温度计的读数是铁管底部的温度t h , 已知铁套管与输气管道连接处的温度t 0=50℃, 套管长度h=140mm,外径d=12mm ，材料的导热 系数λ=58.2w/(m 2·℃)，试问测温误差为多少度？ 已知温度计套管的过余温度分布式为 ) ()]([0 mh ch h x m ch -=θ θ式中，综合参数 第1f u m λα/= ，铁管与空气间的对流换热的准则式为参数为λ=3.21×10-2w/(m ·℃)，ν=23.13×10-6m 2/s. 2、 如附图所示，厚δ初始温度为t o 的大平板 一侧被突然置于 ∞ t 的流体中冷却，另一侧保持 绝热，已知大平板材料的导热系数，密度和比热 分别为 λρ、c ，试导出大平板内节点 n=1,2,…N-1及边界节点n=0,N 的显式差分方程。 这里，N 表示平板的等分刻度数。 3、一辐射换热系统的加热面布置于顶部，底部为受热表面，顶部表 面1和底部表面2间隔为1m ，面积均为1×1 m 2。已知顶面的黑度ε1=0.2，t 1=727℃底面ε2=0.2，t 2=227℃。其余四侧表面的温度及黑度均相同，为简化计算， 可将它看成整体看待，统称F3，F3是地面绝热 表面，试计算1，2面之间的辐射换热量及表面 3的温度t 3,已知1，2面之间的角系数X 1，2=0.2 4、凝结液膜的流动和换热符合边界层的薄层性质，若把坐标X 取为 重力方向（见附图），则竖壁膜状凝结换热时的边界层微分方程组可表示为： 2 2 )(y u g d dp y u u u l l l ??++-=??+??μ ρχνχρ 简答题8道，分析说明题4道，计算题5道，回忆顺序可能不一致 一．简答题 1．传热有哪几种方式，各有什么特点 2．强制对流和自然对流各有哪几种流态，判别的准则数各是什么，给出具体表达式 3．冬天，一手拿木棒，一手拿铁棒，另一端都放火上烤，铁棒的感觉到热；夏天，一手摸木板，一手摸铁板，铁板的感觉到凉，用传热原理说明原因 4．北方窗户采用双层窗户隔热，其原因是什么，隔热条件是什么 5．画出水被加热沸腾的曲线，说明为什么1滴水滴在130度的钢板上比420度的钢板上先烧干 6．有人说d2t/dx2=0的一维稳态导热温度分布与导热系数无关，因为里面没有λ，请说明这种看法对不对，为什么 7．沸腾传热与冷凝传热的强化原则是什么，请在改善表面结构上给出具体措施 8．推导有效辐射与投入辐射的关系，并说明有效辐射有哪几部分组成 二．分析题 1．一厂的热电偶上标有时间常数1S，给出其具体表达市，用传热知识说明标注是否准确，为什么 2．自己划分网格，给出如图所示的点的二维，稳态，有内热源，第三类边界条件的离散方程 3．冬天菜棚里的空气温度大于0度，但潮湿的地面仍然会结冰，为什么？并给出改善防冻的措施 4．液-气换热，管内是液，管外是气，现在要强化，可以增加管内流速，减少管壁导热系数，在管外加肋片，请问哪个最有效，为什么 三．计算题 1．图略，给了一个电熨斗，其实就是一维稳态平壁导热，左边是定加热功率Ф，右边是与环境对流（第三类边界条件），给出数学描述和边界条件，并求出温度分布 2．（1）求出辐射强度（2）求出在与平面法线成0度和60度时的定向辐射强度 3．一个水平管道，与外界发生自然对流，求与外界的换热量。考查辐射传热和水平管的自然对流，已经给出了2个自然对流的NU数的经验式，自己计算进行选择 我是2011年考上交机动学院热能工程的考生，从去年7月开始到现在，一直忙忙碌碌，担心，紧张…各种心情，现在终于可以暂时闲下来了，静静地等待录取结果的公布。在这个地方写下我半年多的考研经历，希望能对学弟学妹们有所帮助。 我初试考了441分，非常出乎我的意料，其中政治78，英语68，数学一150，传热学145。先把初试的专业课回忆一下吧，之前我发过一次，但有三道题没有想起来，这次整理的比较完整。 一、简答（共7题） 1、导热微分方程依据是什么基本定律，试用简洁的语言说明推导过程中的能量平衡关系式。 2、凝结换热和沸腾换热强化的原则是什么?据此判断凝结换热和沸腾换热的表面结构有什么特点。 3、什么是换热器？换热器的类型有哪三类 4、给出圆柱体导热可以看成一维问题至少两种边界条件 5、自然对流和强制对流换热各有哪些流态？判断流态的准则数是什么，分别给出表达式 6、边界层的定义及引入边界层的物理意义 7、什么是漫射体？漫射体的辐射能沿空间是否均匀分布？为什么 二、分析与推导（共4题） 1、特征长度的选取原则是什么？管槽内流动和外掠平板的特征长度通常选取什么？为什么？ 2、数值问题，给出了时间区域的划分和空间区域的划分，要求写出边界上一点的离散微分方程和内部一点的显示离散方程。 3、如附图所示，容器底部温度为tw( 2004年上海理工大学硕士研究生入学考试试题考试科目：传热学准考证号：得分： 一、问答题(每题5分) 1. 一无内热源平板沿厚度x方向发生一维稳态导热，其一侧表面上的温度梯度 =30 ℃/m，导热系数λ1=40W/(m.℃)，如果其另一侧表面上的导热系数λ2=50W/(m.℃)，问这一侧表面上的温度梯度是多少? 2. 解释毕渥准则数Bi的物理含义，并说明为什么用Bi判别非稳态导热问题能否采用集总参数法求解。 3. 图1.1示出了常物性、有均匀内热源、二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置，试用元体平衡法建立节点0关于温度t的有限差分方程式（设 ，所需参数的符号自己设定）。 4. 当条件相同时，物体在空气中冷却快还是在水中冷却快？这一现象说明对流换热与什么因素相关？ 5. 试用简图表示流体沿平板流动时速度边界层的发展并说明速度边界层内分成哪些区域？ 6. 试解释普朗特数Pr的物理意义,并示意性的画出Pr>1时的速度边界层和热边界层厚度沿板长的变化(速度边界层和热边界层要画在同一图上以便比较)。 7. 说明温度附面层的概念及附面层能量微分方程在物理上忽略了哪部分换热。 8. 在应用管内旺盛紊流实验关联式时，当流体与换热壁面温差较大时需要对计算结果修正，为什么? 9. 试说明为什么一个细长圆柱水平放置时自然对流换热一般大于竖直放置时的自然对流换热？ 10.在稳定膜态沸腾过程中，为什么换热系数随 增加而迅速上升？ 11.试说明大气中CO2含量增高为什么会出现大气温室效应？ 二、计算题 1. （10分）一直径为5cm的钢球，其初始温度为500℃，突然被置于温度为 30℃的空气中。设钢球表面与周围环境的对流换热系数为10 W/m2℃，试计算钢球非稳态导热的时间常数及其被冷却到300℃所需的时间。已知钢球的比热为c=0.48kJ/kg℃, ρ=7753kg/m3, λ=33W/m℃。 2. （20分）长10m、外径133mm的水平管道通过一大房间，房间壁面及其内 的空气温度均为30℃。若管道表面温度为90℃、黑度为0.9，求管道的散 热量（自然对流换热的努塞尔特数用下式计算）。3. （22分）如图2所示为一半径R=1m的半球，球冠3绝热。底面1和2的 温度分别为500℃和100℃，黑度都为0.9，求底面1和2间的辐射散热量。 4. （23分）温度为95℃的热空气流经一内径100mm、厚度6mm的圆管，管 壁导热系数为22 W/m℃。管外环境温度为30℃，管外壁与环境的总换热系数为10 W/m2℃。若管内空气质量流量为407kg/h，求管出口空气温度降低到65℃时的管长(不需考虑修正)。 三、理论题 1.（8分）一厚度为2δ的无内热源薄平板，其导热系数和初始温度分别为 λ和t0，突然被插在温度为t f的流体中。平板表面与流体的换热系数为h，给出问题的完整数学描述。 2. （12分）绕流平板换热的附面层积分方程为： 平板温度为t W，来流速度和温度分别为u∞和t∞，若Pr<<1，可以忽略速 西安交通大学 “燃气轮机装置”课程教学大纲 英文名称：Gas Turbine in Power Generation 课程编号：ENP04309 学时：28 学分：1.5 适用对象：能源与动力工程学院：热动力工程专业 先修课程：蒸汽轮机原理、工程热力学、流体力学、传热学、燃烧学。使用教材及参考书： 教材：沈炳正黄希程编著《燃气轮机装置》（第二版），机械工业出版社 补充教材《压气机》，《燃气轮机装置》习题 参考书： [1]朱行键、王雪瑜著，《燃气轮机工作原理及性能》，北京，科学 出版社，1992.12，ISBN:7-03-003133-4. [2]翁史烈著，《燃气轮机性能分析》，上海，上海交通大学出版社， 1987.12，ISBN：7-313-00065-0 [3]焦树建编著，《燃气轮机燃烧室》，北京，机械工业出版社，1990， ISBN：7-111-02291-2 一．课程的性质、目的及任务 燃气轮机是21世纪能源动力电力工程的核心技术，燃气轮机及其燃气-蒸汽联合循环发电技术是一种高效、洁净的发电技术，自20世纪90年代以来已成为世界主流发电技术，近年在我国得到广泛的关注和积极的应用。 本课程涵盖了关于燃气轮机装置的基本理论及技术原理，进一步论述近十年来国际燃气轮机技术的最新发展现状及未来发展趋势，并 介绍近年来发展的部分理论和技术成果。学生通过本教材的学习，能够了解燃气轮机技术及发电装置在我国电力工业中的重要性，学习和掌握燃气轮机基本循环，燃气轮机装置各部件性能及联合循环与系统的理论知识。 二．教学基本要求 要求学生了解并掌握燃气轮机装置的基本构成，各部件的作用；掌握几种不同的燃气轮机热力循环的循环方式及性能特点，循环的基本参数；了解常规的联合循环的几种方案；了解燃烧室的工作特点及基本的燃烧过程；了解燃气轮机装置的变工况性能。 三．教学内容及要求 （一）绪论 教学内容：针对目前燃气轮机及其燃气-蒸汽联合循环发电技术的发展现状与趋势，论述燃气轮机技术在国际上的发展与应用情况以及在我国的发展与应用、面临的机遇及挑战、未来的发展趋势；概述了燃气轮机装置的组成、基本原理和工作过程。。 教学要求：了解目前的燃气轮机技术的发展状况及现进的燃气轮机发电技术；了解我国的燃气轮机工业的发展状况；掌握燃气轮机技术的发展趋势；掌握燃气轮机的基本构成。 （二）燃气轮机热力循环 教学内容：燃气轮机装置循环及其分类，发电用燃气轮机装置基本循环分析，包括循环性能、理想循环与实际循环、影响循环性能的因素等；燃气－蒸汽联合循环等的复合循环。 教学要求：重点掌握各循环的工作过程及性能特点，各循环热力参数与性能参数之间的关系；会进行相应的循环过程各阶段热力参数 2020年传热学考研大纲——上海理工大学材料科 学与工程学院 传热学A《传热学》杨世铭、陶文铨，高等教育出版社，2006年 二、基本要求 1.掌握热量传递的三种方式(导热、对流和辐射)的基本概念和基本定律; 2.能够对常见的导热、对流、辐射换热及传热过程进行定量的计算，并了解其物理机理和特点，进行定性分析; 3.对典型的传热现象能进行分析，建立合适的数学模型并求解; 4.能够用差分法建立导热问题的数值离散方程，并了解其计算机求解过程。 三、主要知识点 第一章绪论：热量传递的三种基本方式;导热、对流和热辐射的基本概念和初步计算公式;热阻;传热过程和传热系数。 第二章导热基本定律和稳态导热：温度场、温度梯度;傅里叶定律和导热系数;导热微分方程、初始条件与边界条件;单层及多层平壁的导热;单层及多层圆筒壁的导热;通过肋端绝热的等截面直肋的导热;肋效率;一维变截面导热;有内热源的一维稳态导热。 第三章非稳态导热：非稳态导热的基本概念;集总参数法;描述非稳态导热问题的数学模型(方程和定解条件); 第四章导热问题的数值解法：导热问题数值解法的基本思想;用差分法建立稳态导热问题的数值离散方程。 第五章对流换热：对流换热的主要影响因素和基本分类、牛顿冷却公式和对流换热系数的主要影响因素;速度边界层和热边界层的概念;横掠平板层流换热边界层的微分方程组;横掠平板层流换热边界 层积分方程组;动量传递和热量传递比拟的概念;相似的概念及相似 准则;管槽内强制对流换热特征及用实验关联式计算;绕流单管、管 束对流换热特征及用实验关联式计算;大空间自然对流换热特征及对流换热特征及用实验关联式计算。 第六章凝结与沸腾换热：凝结与沸腾换热的基本概念;珠状凝结与膜状凝结特点;膜状凝结换热计算;影响膜状凝结的因素;大容器饱和沸腾曲线;影响沸腾换热的因素。 第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性：热辐射的基本概念;黑体、白体、透明体;辐射力与光谱辐射力;定向辐射强度;黑体辐射基本定律：普朗克定律，维恩定律，斯忒藩—玻尔兹曼定律，兰贝 特定律;实际固体和液体的辐射特性、黑度;灰体、基尔霍夫定律。 第八章辐射换热的计算：角系数的概念、性质、计算;两固体表面组成的封闭系统的辐射换热计算;表面热阻;空间热阻;多表面系统辐射换热的网络法计算;辐射换热的强化与削弱、遮热板;辐射换热 系数和复合换热表面传热系数;气体辐射特点。 第九章传热过程分析与换热器计算：传热过程及传热系数的计算;临界绝热直径;换热器型式及对数平均温差;用平均温差法进行换热 器的热计算;换热器效能ε的概念和定义;强化传热。 02年传热学课程考试题 学 校 系 别 考试时间 150分钟 专业班号 考试日期 年 月 日 姓 名 学号 一、问答题 (42分，每小题7分) 1． 图1示出了常物性、有均匀内热源 、二导热问题局部边界区域的网格配置，试用热平衡法建立节点0的有限差分方程式（设?=?x y ）。 2 ． 蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种不同的凝结形式？产生不同凝结形式的原因是什么？ 3． 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光（黄、绿、蓝等）的光谱发射率高”。你认为这种说法正确吗？为什么？ 4． 一块厚度为2()δδδ-≤≤x 的大平板，与温度为f t 的流体处于热平衡。当时间0τ>时，左侧流体温度升高并保持为恒定温度2f t 。假定平板两侧表面传热系数相同，当 0δλ =→h Bi 时，试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温度，画出相应的板 内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。 5． 有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？ 6． 强化空气－水换热器传热的主要途径有哪些，请列出任意三种途径？ ? Φ 二、计算题 (58分) 1．(18分) 一块大平板，厚度5cm δ=，有内热源? Φ，平板中的一维稳态温度分布为 2=+t b cx ，式中o 200C =b ，2200K/m =-c 。假定平板的导热系数50W/(m K)λ= ，试确定： （1） 平板中内热源? Φ之值； （2） 0=x 和δ=x 边界处的热流密度。 2．(15分) 有一圆柱体，如图2所示，表面1温度1550K =T ，发射率10.8ε=，表面2温度2275K =T ，发射率20.4ε=，圆柱面3为绝热表面，角系数3,10.308=X 。求：（1）表面1的净辐射损失；（2）绝热面3的温度。 3．(25分) 为了得到热水，0.361 MPa (t s =140℃) 的水蒸气在管外凝结（如图3所示），其表面传热系数29500W/(m K)= o h 。冷却水在盘管内流动，流速为0.8m/s ，黄铜管外径为18mm ，壁厚为1.5mm ，导热系数为132W/(m K)λ= ，盘管的弯曲半径为90mm 。冷水进换热器时的温度为o 25C ，加热到o 95C 。试求所需的换热面积及盘管长度。不计管内入口效应修正及温差修正。 附注： (1) 管内湍流强制对流换热实验关联式为： n f f Pr Re Nu 8.0023.0= (流体被加热n =0.4；流体被冷却n =0.3) (2) 60o C 时水的物性：ρ＝983.1 kg/m 3, c p =4.179 kJ/(kg ?K)，λ=65.9×10-2 W/(m ?K)， ν=0.478×10-6 m 2/s ， Pr =2.99； (3) 弯管修正系数：3)(3.101R d c R += 图 3 饱和蒸气 冷 "53.6110Pa =?s 图2 一、简答题（共8小题，40分） 1、试述传热有哪三种方式？各自有什么特点？（6分）--(同2010年） 2、可以描述什么情况下的导热过程？(4分) 3、两相互接触的物体表面间存在接触热阻对换热有什么影响？（4） 4、为什么要在对流换热研究中引入相似原理？（6分） 5、自然对流换热与强制对流换热各有哪两种流态？判断各自流态的准则数是什么？并给出相应的表达式？（6分）--（同2010、2011年） 6、不凝结气体对膜状凝结换热和沸腾换热各自有什么影响？并解释其原因？（6分） 7、膜状凝结换热和沸腾换热强化的基本思想是什么？（4分）--（同2008、2009年） 8、为什么要引入角系数？其应用条件是什么？（4分）--（同2009年） 二、分析与推导（共4题，42分） 1、从传热原理分析：肋片一定能够强化换热吗？双层玻璃和保温层一定能削弱换热吗？（9分）（坑爹，这不就是3个分析题吗？） 2、一维非稳态数值法计算：简述数值法基本步骤；写出节点（m，i）的显式离散方程和节点（m，i-1）的隐式离散方程；比较显式格式和隐式格式的优缺点。（15分）（基础题，课本是王道） 3、试画出管内强制对流换热层流和湍流入口段表面换热系数的变化曲线？并解释其原因？（9分）（课本） 4、应用集总参数法的主要思想是什么？（热电偶满足集总参数法条件）现有一热电偶，说明书上标有时间常数，试分析此数据可信不？（9分）--（同2010年） 三、计算题（68分）（只能回忆出大致内容） 1、一维稳态导热问题，忽略接触热阻。A、B、C三种不同材料的平板， A中有稳定内热源 A 的左侧面绝热( )，AB接触面温度恒定在℃，BC接触面温度为，C右侧面温度为。 （1）求； （2）写出A内导热问题的数学描写（导热微分方程+边界条件）并求出A内温度分布及；（3）试画出3个平板内的温度分布曲线。 （2009年计算1第五问改编，只是多加了块平板而已。） 2、流体（℃，各物性参数均已给出）以掠过一平板（长宽各1m），其壁温由电加热片维持在230℃，加热片下表面绝热。 （1）求普朗克数、雷诺数及对流换热量；（公式：并未给出，要记住） （2）求稳态过程的电热片最小功率值，并解释其原因； （3）由集总参数法求电热片的质量。 3、热电偶置于墙壁温度400K的房间内，其球头温度为350K，并给出了球头直径，对流换热系数，发射率与波长关系：，求球头附近空气温度。 4、（辐射网络图问题）截面为边长为1m的正方形，上侧；下侧，左右两侧面绝热。（1）求上下面的辐射换热量； （2）求绝热面温度。 5、换热器问题，环形肋片。结合课本习题10-17以及第十章第一节关于肋片的问题，做出来问题不大。 推荐阅读： 上海交通大学研究生招生目录 上海交通大学各专业历年报录比例、复试分数线 2010上海交大考研传热学真题 简答题8道，分析说明题4道，计算题5道，回忆顺序可能不一致 一．简答题 1．传热有哪几种方式，各有什么特点 2．强制对流和自然对流各有哪几种流态，判别的准则数各是什么，给出具体表达式 3．冬天，一手拿木棒，一手拿铁棒，另一端都放火上烤，铁棒的感觉到热；夏天，一手摸木板，一手摸铁板，铁板的感觉到凉，用传热原理说明原因 4．北方窗户采用双层窗户隔热，其原因是什么，隔热条件是什么 5．画出水被加热沸腾的曲线，说明为什么1滴水滴在130度的钢板上比420度的钢板上先烧干 6．有人说d2t/dx2=0的一维稳态导热温度分布与导热系数无关，因为里面没有λ，请说明这种看法对不对，为什么 7．沸腾传热与冷凝传热的强化原则是什么，请在改善表面结构上给出具体措施 8．推导有效辐射与投入辐射的关系，并说明有效辐射有哪几部分组成 二．分析题 1．一厂的热电偶上标有时间常数1S，给出其具体表达市，用传热知识说明标注是否准确，为什么 2．自己划分网格，给出如图所示的 点的二维，稳态，有内热源，第三类边界条件的离散方程 3．冬天菜棚里的空气温度大于0度，但潮湿的地面仍然会结冰，为什么？并给出改善防冻的措施 4．液-气换热，管内是液，管外是气，现在要强化，可以增加管内流速，减少管壁导热系数，在管外加肋片，请问哪个最有效，为什么 三．计算题 1．图略，给了一个电熨斗，其实就是一维稳态平壁导热，左边是定加热功率Ф，右边是与环境对流（第三类边界条件），给出数学描述和边界条件，并求出温度分布 2．（1）求出辐射强度（2）求出在与平面法线成0度和60度时的定向辐射强度 3．一个水平管道，与外界发生自然对流，求与外界的换热量。考查辐射传热和水平管的自然对流，已经给出了2个自然对流的NU数的经验式，自己计算进行选择 4．（1）写出X12，X13，X23，X3，（1+2）；（2）画出辐射网络图；（3）求1与2的换热量。其中所有条件已给，1为漫射面，2为黑体，3绝热 5．一个换热器的计算问题，53根管子的液-液换热器，所有条件都给出。（1）计算每根管子的流量；（2）计算管内的换热系数；（3）计算总的传热系数（管外侧为基准）；（4）计算对数平均温差；（5）计算管子的长度 Editor:Kaaso(Belonely) E-MAIL：robbey_kaaso@https://www.360docs.net/doc/fd15961345.html, 一、 简答（30分） 1、 答：（a ）质量守恒定律、傅里叶定律和能量守恒定律 （2分） （b ）导入与导出的净热流量 + 对流传入的净热流量=单位时间热力学能的增量 （2分） 2、 （6分） 答：膜状凝结：如果凝结液体能很好地润湿壁面，在壁面上铺展成膜，称之为膜状凝结 （2分） 珠状凝结：当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面形成一个个小液珠，称之为珠状凝结 （2分） 由于实际工程只能够凝结传热过程的污染等诸多因素，使得珠状凝结无法长时间保持。（1分） 第三问可以根据学生自己的想法判断是否给分， （1分） 3、 答：导热（热传导）、对流（热对流）、辐射（热辐射） （2分） 导热：dt q dx λ=- （1分） 热流：q h t =? （1分） 热辐射：4q T σ=或41T εσ= （1分） 4、 答：（1）p t c ρτ ??是非稳态项，代表单位体积物体的热力学能增量 （1分） t t t x x y y z z λλλ???????????? ++ ? ? ??????????? ??是扩散项，代表单位体积的物体通过导热方式获 得的净热流量； （1分） Φ是源项，代表单位体积内热源的生成热 （1分） （2）220d t dx = （1分） 方程中未出现导热系数，但不能说物理内温度分布与导热系数无关 （1分） 原因：导热微分方程是导热过程的通用方程，其具体的解还要依赖边界条件，如果两侧都是第一类边条，则的确无关，如果是第三类边条，则有关。 （1分） 5、 传热学中引入相似原理的意义是什么？(4分) 答：可以解决对流传热的实验中遇到的三个问题：（1分） （1）测量那些数据； （1分） （2）如何整理实验数据； （1分） （3）指导模化实验 （1分） 6、 表面间辐射传热过程中，经常用到角系数。请给引入角系数的意义、应用条件及其三个性质各是什么？ “传热学”考试试卷（ 卷） 1998 -------- 1999 学年第1 学期 学号： 姓名： 班级： 成绩： 一、 填空题（每题5分） 1、 绝热板壁中打入一根螺栓，如图所示。左壁温度高于右壁，螺栓导热系数为常数， 画出螺栓内温度分布。如果螺栓断裂，温度分布又如何？ 2、 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。 3、 气体辐射有哪些不同于灰体辐射的特性。 4、 一动力蒸汽管路，外径16cm ，外面包上5cm 厚的绝热材料，绝热材料导热系数 0.2W/mK 。绝热层与环境间自然对流换热系数是50W/m 2K 。试问为了进一步减少 散热损失应增加还是减少绝热层厚度？ 5、 在强制对流换热计算公式中，对管外流总是取流动方向的距离x 为特性尺度，换 热系数与x 有关。而对管内流总是取水力当量直径De 为特性尺度，换热系数与x 无关，试用边界层理论解释其原因。 6、 什么是自然对流换热的自模化，在工程上有何应用价值。 二、（12分）推导竖直平板上层流膜状凝结换热的Nusselt 理论解。 三、（15分）一根长1m ，直径3mm 的圆柱形电热丝水平放置在20℃的静止空气中，测得电热丝两端电压200V ，电流10A ，电热丝导热系数10W/mK ，表面黑度0.8，空气导热系数0.027 W/mK ，自然对流换热Nu 数近似取3。计算电热丝表面温度和中心温度。 （提示：一维圆柱坐标导热微分方程式： r Q dr dt r dr d λ ?=)( 四、（13分）一直径10cm，初温100℃的铜球放入20℃的水中自然冷却，铜的密度8000kg/m3，比热为380J/kgK，导热系数400W/mK，水与铜球的自然对流换热系数240W/m2K，计算：（1）时间常数，（2）球的温度降到30℃时所需时间，（3）球的温度降到30℃时释放的热量。 五、（15分）有一两维平面辐射换热几何结构如图所示，顶部平面下表面是一灰体辐射面（上表面绝热），温度400℃，表面黑度0.8，两侧面是非常薄的金属面，底部是开放的环境，环境温度20℃，试求（1）两侧面都绝热时的侧面温度及顶部平面的散热量。（2）两侧面内外表面都是辐射灰体时（内表面黑度0.3，外表面黑度0.5，温度100℃），顶部平面散热量的计算过程。要求画出辐射换热网络图，给出各热阻具体数值，列出各节点能量平衡式。 六、（15分）一冷凝换热器，壳程为膜状凝结换热，工质温度80℃，凝结换热系数104W/m2K，管程为一根蛇形管，管内径20mm，壁厚3mm，导热系数100W/mK，总污垢热阻0.001m2K/W，管内流冷却水，流速2m/s，入口水温20℃，出口水温60℃，试计算换热器传热系数和所需管长。（水的热物性：密度1000kg/m3导热系数0.65 W/mK 比热 4.18kJ/kgK 粘度500×10-6kg/ms） 上海理工大学研究生考试《传热学》复习题 一．导热 1.（06年一.3/05年一.3）热电偶的时间常数问题。 ①影响因素：热电偶的几何参数（V/A），物理性质（ρ、c），换热条件（h）。 ②对换热条件的要求：尽可能减小体面比V/A，同时在满足集中参数法条件（Bi≦0.1）下尽可能强化对流换热（增大h）。 2.（03年一.5）对非稳态导热而言，导热微分方程中只出现热扩散系数a。那是否可以认为，非稳态导热只与热扩散系数a有关，而与导热系数λ无关？ 答：由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的控制方程只与热扩散系数a有关，但边界条件中却有可能包括导热系数λ（如第二或第三边界条件）。因此上述观点不对。 二．对流 1.（10年一.7）有人说对流换热的强度从本质上决定于导热过程，请解释这种说法是否正确，并从对流换热强化方法上至少举出两种强化方法来佐证你的看法。 答：这种说法是对的，因为对流传热是由流体宏观运动所造成的热量转移以及贴壁处流体中分子导热所产生的热量传递联合作用的结果，对流传热量就等于贴壁流体层的导热量（不考虑辐射）。比如对于单相对流传热，通过减薄边界层来强化换热就是为了减小流体的导热热阻。对于相变对流传热，通过减薄或破坏液膜也是为了减小液膜的导热热阻。 2.（06年一.7）影响外掠管束对流换热表面传热系数h的因素。 答：①管子排数n。②管间距s1/d,s2/d。③管束排列方式（叉排还是顺排）。④流体流动方向与管束轴向夹角θ。⑤流体的物性。⑥流体的流速u。 3.（04年一.10）在稳定膜态沸腾过程中，为什么换热系数随Δt增加而迅速上升？ 答：因为此时Δt>200℃，在加热表面上形成了稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规则地排离膜层，再加上此时壁面温度远高于液体饱和温度，汽膜内有不能忽略的辐射传热，所以换热强度又进一步提高，换热系数随Δt增加而迅速上升。 4.（03年一.3）两滴完全相同的水滴在大气压下分别滴在表面温度为120℃和400℃的铁板上，试问滴在哪块板上的水滴先被烧干，为什么？ 答：在大气压下发生沸腾传热时，上述两水滴的过热度分别是Δt=t w－ts=20℃和300℃，由大容器饱和沸腾曲线知，前者表面发生的是核态沸腾，后者发生的是膜态沸腾。虽然前者传热温差小，但其表面传热系数大，从而表面热流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的铁板上先干。 5.（04年一.9）试说明为什么一根管子水平放置时自然对流传热一般大于竖直放置时的自然对流传热？ 答：因为管子竖直放置时，相当于竖直平板，流体热边界层较厚，而水平放置时热边界层较 2010年上海交通大学传热学考研试题 简答题8道，分析说明题4道，计算题5道，回忆顺序可能不一致 一．简答题 1．传热有哪几种方式，各有什么特点 2．强制对流和自然对流各有哪几种流态，判别的准则数各是什么，给出具体表达式 3．冬天，一手拿木棒，一手拿铁棒，另一端都放火上烤，铁棒的感觉到热；夏天，一手摸木板，一手摸铁板，铁板的感觉到凉，用传热原理说明原因 4．北方窗户采用双层窗户隔热，其原因是什么，隔热条件是什么 5．画出水被加热沸腾的曲线，说明为什么1滴水滴在130度的钢板上比420度的钢板上先烧干 6．有人说d2t/dx2=0的一维稳态导热温度分布与导热系数无关，因为里面没有λ，请说明这种看法对不对，为什么 7．沸腾传热与冷凝传热的强化原则是什么，请在改善表面结构上给出具体措施 8．推导有效辐射与投入辐射的关系，并说明有效辐射有哪几部分组成 二．分析题 1．一厂的热电偶上标有时间常数1S，给出其具体表达市，用传热知识说明标注是否准确，为什么 2．自己划分网格，给出如图所示的 点的二维，稳态，有内热源，第三类边界条件的离散方程 3．冬天菜棚里的空气温度大于0度，但潮湿的地面仍然会结冰，为什么？并给出改善防冻的措施 4．液-气换热，管内是液，管外是气，现在要强化，可以增加管内流速，减少管壁导热系数，在管外加肋片，请问哪个最有效，为什么 三．计算题 1．图略，给了一个电熨斗，其实就是一维稳态平壁导热，左边是定加热功率Ф，右边是与环境对流（第三类边界条件），给出数学描述和边界条件，并求出温度分布 2．（1）求出辐射强度（2）求出在与平面法线成0度和60度时的定向辐射强度 3．一个水平管道，与外界发生自然对流，求与外界的换热量。考查辐射传热和水平管的自然对流，已经给出了2个自然对流的NU数的经验式，自己计算进行选择 4．（1）写出X12，X13，X23，X3，（1+2）；（2）画出辐射网络图；（3）求1与2的换热量。其中所有条件已给，1为漫射面，2为黑体，3绝热 5．一个换热器的计算问题，53根管子的液-液换热器，所有条件都给出。（1）计算每根管子的流量；（2）计算管内的换热系数；（3）计算总的传热系数（管外侧为基准）；（4）计算对数平均温差；（5）计算管子的长度 2011年上海交通大学传热学考研试题 一、简答（共7题） 1、导热微分方程依据是什么基本定律，试用简洁的语言说明推导过程中的能量平衡关系式。 2、凝结换热和沸腾换热强化的原则是什么？据此判断凝结换热和沸腾换热的表面结构有什么特点。 3、什么是换热器？换热器的类型有哪三类 4、给出圆柱体导热可以看成一维问题至少两种边界条件 5、自然对流和强制对流换热各有哪些流态？判断流态的准则数是什么，分别给出表达式 6、（缺） 7、（缺）2009&2010上海交大考研传热学真题(回忆版)
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