2012高等传热学试卷
传热练习题(2012年)(过程原理)
1 3 .8 4 m
2
d2
(m K )/W K o 4 7 1 .6 W /(m K ) Q K 2 tm 1 3 .8 4 3 .1 4 0 .0 2 5 1 1 8 .8 1 0
3
4 . 总 传 热 面 积 ： A2 总管长：l A2
4 7 1 .6 1 8 .2 1 7 6 .3 m
3
冷 却 水 用 量 ： q m1 1 1 8 .8 1 0
3 3
Q c p h ( t 2 t1 ) 0 .9 4 9 k g /s 1 8 .2 C
o
4 .1 7 4 1 0 (3 2 0 2 9 0 ) t1 t 2 ln ( t1 t2 ) 30 10
3 2
9 0 .2 7 ℃
125 10
5 .9 6 9 9 0 .2 7 d2 d1 b d2
2 3 1 .9 8W / m ℃
2
1 d1
Rd1 0 .0 1 9
dm
Rd 2
1
2
1 7000
1 0 .0 1 5
2
0 .0 0 0 5
tm
( T t1）（ T t 2 ) ln （ T t 2 ) ( T t1）
1 .7 5
9 0 .2 7 t2 l0 6 2 0 ) 2 (t2 2 0 )
t 2 ℃
传热练习题一 在一单程管壳式列管换热器中用饱和蒸汽加热原料油。 温度160℃的饱和蒸汽在壳程冷凝，原料油在管程流动 并由20℃加热到106℃。列管直径为φ19×2 mm、管 长为4m、共25根管子。若换热器的传热量为125kw， 蒸汽冷凝传热系数α2为7000（w/m2.℃），油侧污垢热 阻可取为0.0005（m2.℃/w），管壁热阻和蒸汽侧污垢 热阻可忽略。 试求：管内油侧的对流传热系数αi为多少？ 又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热 系数为原来总传热系数的1.75倍。 试求：油的出口温度t2'为多少？（设油的物性不变）
2009级《传热学》考试题(A卷,2012.1)final
2011~2012学年第1 学期开课学院：动力工程考试日期：2012.1考试方式：考试时间：120 分钟一、填空题（每小题2分，本大题共20分）1．导温系数是材料的指标，大小等于。
2．肋片的肋效率定义为。
3．非稳态导热问题的集总参数分析法为，其适用条件为。
4．影响强制单相对流换热的主要因素有、、、和。
5．自然对流传热中无量纲准则数Pr数的物理意义为，Gr数的物理意义为。
6．纯净饱和蒸汽与浸润性的过冷壁面接触时通常发生凝结换热，影响其凝结换热的热阻为。
7．随着加热壁面过热度的增大，大容器饱和核态沸腾曲线将依次出现、、和等四个主要的区域。
8．实际物体辐射换热中漫射表面是指，灰体是指。
9．辐射换热的角系数定义为，向外发射的辐射热流密度均匀的漫射表面的角系数仅与有关。
10．临界热绝缘层直径的定义式为，其意义为。
二、选择题（每小题2分，本大题共10分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将最合适的选项前的字母填在题后的括号内。
1．在下列一维稳态导热问题中，导热体内温度为线性分布的情况是：（）A. 常物性，无内热源，变截面B. 常物性，有均匀内热源，等截面C. 常物性，无内热源，等截面D. 变物性，无内热源，等截面2．对于与外界流体进行对流换热的一维非稳态导热问题，当Bi→∞时，边界条件可简化为：（）A. 第二类边界条件B. 第一类边界条件C. 第三类边界条件D. 无法确定3．对于采用电阻丝加热的电吹风，如果忽略其对外界的散热损失，下列方法中不能提高电吹风出口空气混合平均温度的为：（）A. 强化电阻丝与空气的换热，其他条件不变B. 减小风量，其他条件不变C. 增大加热功率，其他条件不变D. 提高空气进口温度，其他条件不变4．沸腾的临界热流密度是（）。
A. 脱离核态沸腾转折点处热流密度B. 核态沸腾过渡到膜态沸腾转折点处热流密度C. 自然对流过渡到核态沸腾转折点处热流密度D. 不稳定膜态沸腾过渡到稳定膜态沸腾转折点处热流密度5．影响物体表面黑度的主要因素是（）。
传热12年期终试题B卷答案
传热学期终试题B 卷答案及评分标准一、（10分）如图1所示，一个半径为1=100r mm 的实心长圆柱体，具有均匀的内热源4=10Φ3W /m ，导热系数=10λW /m K ⋅（）。
圆柱体处于温度为f t =25C 。
的环境中，与周围环境间的表面传热系数h 为802W /m K ⋅（）。
试求圆柱体外壁温度w t 及圆柱体沿半径方向的温度分布；并求圆柱体内最高温度的位置和大小？图1 解：单位长度圆柱体外表面的散热量为：2=14ΦΦd π⨯⨯=4210(20.1)14π⨯⨯⨯⨯=314.16W （1） （2分）又由=Φ2()4w f h d t t π⨯⨯- （1分）则w t =2(80)4f Φ/d t π⨯+=2314.16/(80(20.1))254π⨯⨯⨯+=150C 。
（1分） 圆柱体内的柱坐标导热微分方程为：1()0d dt Φr r dr dr λ+=（2） （2分） 边界条件为：0r =，0dtdr=；1r r =，w t t = （1分）对（2）式两边积分得2112dt Φr C dr λ+=，由边界条件1得1=0C （1分） 再积分一次得2214Φt r C λ=-+， 由边界条件2得22114w ΦC t r λ=+(1分)。
带入2C 可得圆柱体中的温度场为：2211()4w Φt t r r λ=+-=422110150(0.1)480r +⨯⨯-=2152.5250r - （1分）当r =0时，温度达到最高，最高温度为152.5C 。
（1分） 二、（10分）一块平板宽为1m ，长为1.5m ，在10℃的空气中保持90℃，如果空气流过平板时，板的一面与空气的对流换热量为3.75kW ，试确定空气的流速。
准则关联式：12130.664Re Pr Nu = 层流；4513(0.037Re 871)Pr Nu =- 湍流；（空气热物性参数见表1）。
解：定性温度 10905022f wm t t t ++===℃ （1分） ()2375031.25/1 1.5(9010)Q h W m K A t ===⋅∆⨯⨯- （1分） 假定处于层流3/12/1Pr Re 664.0=Nu1/21/30.664()Pr u xhxλν∞=1/21/3251.531.25 1.50.664()0.6982.8310 1.79510u ∞--⨯⨯=⨯⨯⨯ 94.63/u m s ∞= （2分）6594.63 1.5Re 7.9101.79510u xν∞-⨯===⨯⨯ 紊流 （2分） 与假设不符，故处于紊流。
高等传热试题精选
一、 简答1 简述用分离变量法和Green 函数法求解导热问题的基本思想和适用条件。
（1）分离变量法：其基本思路是将包含有n 个自变量的导热偏微分方程分离成n 个常微分方程，并在分离过程中引进n-1个分离常数；求解此n 个常微分方程，得到n 个解即分离解；然后根据线性叠加原理，用全部分离解构成原导热问题的完全解；最后确定出叠加过程中引入的未知系数，得到问题的最终解。
分离变量法适用于线性齐次的导热问题（无内热源、齐次边界条件）。
（2）Green 函数法：其基本思路是将由内热源、边界的热作用和初始温度分布对最终温度分布的总用看做热源的作用，进而将时间上持续的热源看成是许多前后相继的瞬时热源，把连续分布在空间中的热源看成是在空间中依次排列着的许多点热源，并把瞬时点热源产生的温度场称之为热源函数即Green 函数；最后将所有瞬时点热源产生的温度场相互叠加即数学上的积分就得到导热问题的最终解。
Green 函数法可以求解带有随时间变化的热源项且具有非齐次边界条件的导热问题。
2判断观点“因为对流换热的强度只取决于贴壁处流体的温度梯度，所以流体的速度场不会影响换热的强度”的正确性，并说明理由。
并简述采用分析解法或数值解法在或得某一对流换热问题中流体的温度场后，如何确定壁面处的局部表面传热系数。
上述观点是错误的。
对流换热强度与贴壁处的温度梯度有关，但流体的温度梯度和流体流动的流态及流速的大小分布都有关系。
一般紊流的表面换热系数要大于流体层流时的表面换热系数。
从随流换热的能量方程2222y t t t t ta u x y xυτ⎡⎤∂∂∂∂∂=++⎢⎥∂∂∂∂∂⎣⎦＋中可以看到速度的大小分布直接影响到流体温度场的分布，进而影响到对流换热强度。
以对流换热表面的发现方向为y 轴，并以垂直于y 轴且与平面相切的直线为x 轴，则壁面处的热流密度可分别按导热的傅里叶定律以及对流换热的牛顿冷却公式写出如下式：,0,,,()w xy x w x x w x tq y q h t t λ=∞⎧∂=-⎪∂⎨⎪=-⎩其中：x h 为壁面x 处的局部表面传热系数，,w x t 为x 处的固体壁面温度，若假定,w x w t t >，则可推导出局部表面的传热系数为,0,x w x y xth t t yλ∞=∂=--∂。
传热学试卷及答案-学习指南(专本科函授)汇总.
传热学-学习指南一、概念题1.夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。
试从传热的观点分析原因。
2.试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。
3.利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大?4.导热系数的定义？5.写出傅里叶定律的一般表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。
6.管内强制对流换热的强化机理和手段。
7.试简述强化凝结换热的原则和途径。
8.影响沸腾换热的因素有哪些？9.空气横掠管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，面蒸气在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管束排数越多，换热强度降低。
试对上述现象做出解释。
10.为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著，试分析原因。
11.热水在两根相同的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?12.有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。
有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。
请你评价这一方案的合理性。
二、计算题1.平壁与圆管壁材料相同，厚度相同，在两侧表面温度相同条件下，圆管内表面积等于平壁表面积，如图所示，试问哪种情况下导热量大？(a)平板 (b)圆管图1 题1示意图2. 导热系数分别为1λ＝0.08W ／(m·K)，2λ＝0.03W ／(m·K)的材料，其厚度分别为2mm 和1mm ，中间紧夹有一层厚度可以不计的加热膜．加热膜温度维持在60℃。
材料1一侧维持在1t ＝30℃的温度，材料2的一侧的温度f t ＝20℃，表面传热系数h ＝50W ／(m 2·K)的气流相通，如图所示。
假定过程为稳态，试确定加热膜所施加的热流密度大小。
2012高等传热学试题
2012年 供热、供燃气、通风及空调工程《高等传热学》期末考试试题一、 （15分）如图，平壁上有一异形肋，其外表面为抛物面，肋基处半径为R ，肋高为H 。
肋基处加入定常热流q ，肋表面与温度为f t ，对流放热系数为h 的流体接触。
试写出该肋稳态温度场的完整数学描述。
二、（10分）对某非圆管道进行大量的换热实验，总结得到的换热准则关联式为：0.80.3Nu 0.056Re Pr =⋅，该公式中的定型尺寸为水力直径h d 。
现希望采用圆管的经典公式（Dittus-Boelter 公式）：0.80.3Nu 0.023Re Pr =⋅进行计算，请问：（1）该非圆管道采用水力直径进行计算的形状修正系数ϕ是多少？（2）该非圆管道的换热当量直径e d 为多少？三、（15分）现有一宽度为W 的铁皮，可以制作成圆管、正方形管和椭圆管，其中椭圆管的短轴a 与长轴b 之比a/b=0.5。
假设管道内是成熟发展的层流换热，边界条件为横向等壁温，纵向等壁热流，请根据教材中的已知成果，计算对流换热系数的比值21/h h 与31/h h （1、2、3分别表示圆管、正方形管、椭圆管）。
能否据此数据判断哪种管用于换热器最好，试讨论之。
四、（15分）假设圆管内的速度分布遵循近壁速度型。
5y +≤时的无因次速度为，u y ++=；当30y +≥时，2.5ln 5.5u y ++=+。
（1）在530y +≤≤区间内，u +与y +的关系是如何导出的。
试推导之（5分）（2），已知圆形风管直径400mm ，管内空气流量904.8m 3/h ，已知空气的运动粘度为51.610-⨯m 2/s 。
请求解：（a ）风管内的最大流速；（b ）距离管壁100mm 出的风速；（c ）5y +=和30y +=对应的离壁距离分别是多少mm 。
（10分）五（15分）半无限大平壁0x =的表面处绝热，开始时，0x l <<段，温度分布为0t t kx =+（0k >），x l≥以后，温度恒定为0t t kl ≡+，无内热源。
传热12年期终试题A卷答案
传热学12年秋季期终考试题答案一、（10分）如1图所示的墙壁，其导热系数为50W /(m K)λ=⋅，厚度为100mm ，所处外界温度f t =20℃，测得两侧外壁面温度均为w t =100℃，外壁面与空气的表面传热系数为h 为1252W /(m K)⋅，壁内单位体积内热源生成热为Φ，假设墙壁内进行的是一维稳态导热，求Φ及墙壁厚度方向温度分布()t x ？图1解：由于对称性只研究墙壁厚度的一半即可，导热微分方程为：220d t dx λΦ+=（1） （2分） 边界条件为：0x =，0dtdx =；50mm x =，w t =100℃， ()w f dth t t dxλ-=-（2） （1分） 由(1)式积分得：1dt x c dx λΦ=-+（3） 由0x =处边界条件得10c = （1分） 对（3）式积分得：222t x c λΦ=-+（4） （1分） 由x =50mm 时，50()w f x dt Φx =h t t dxλ=-=- （1分）可得：()/w f Φ=h t t x -=125(10020)/0.05⨯-=53210(W /m )⨯ （1分） 由（4）式，x =50mm 时，222w t x c λΦ=-+=100C 。
， （1分）则得：522210100C 0.05250c ⨯=+⨯⨯。
=105C 。
（1分） 则壁厚方向温度分布：2()1052000t x x =- （1分） 二、（10分）水以2m/s 的流速流过长为8m 的直管，入口温度为20℃，出口温度为40℃，管内径d ＝20mm ，求对流换热系数和平均管壁温度。
（水的热物性参数见表1）f 620.02Re 496890.80510u d v -⋅⨯===⨯ 层流 （1分） 0.80.40.80.40.023Re Pr 0.02349689 5.42258.43Nu ==⨯⨯= （2分）)/(4.798502.043.258618.02K m W d Nu h ⋅=⨯==λ （2分） 由热量平衡得：t dl h t t c q p m ∆=-π)'''(11 （2分）则：2111111(''')(''')4(''')0.022995.74174(4020)13447985.48m p p p q c t t c t t d u t h dl h dldu c t t hl πρππρ--∆==⋅-⨯⨯⨯⨯-===⨯⨯℃（1分）设管壁平均温度为w t ，则：301343w f t t t =+∆=+=℃ ， （1分）三、一水平放置的蒸汽管道，管长1.5m ，保温层外径为400mm ，壁温为50℃，周围空气的温度为10℃，空气的热物性参数见表2。
传热考试习题及答案
第四章一、填空题1.传热的基本方式有 、 和 三种。
2. 导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。
3. 各种物体的导热系数大小顺序为 。
4. 在湍流传热时，热阻主要集中在 ，因此，减薄该层的厚度是强化 的重要途径。
5. 对流传热速率方程的表达式为 ，其中温度差代表 。
6. 在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有 、 、 和 四种。
7. 对流传热系数的主要影响因素有（1） （2） （3）（4） （5） 。
8. 无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe 0.8Pr n公式中，n 是为校正 的影响。
当流体被加热时，n 取 ，被冷却时n取 。
9. 某化工厂，用河水在一间壁式换热器内冷凝有机蒸汽，经过一段时间运行后，发现换热器的传热效果明显下降，分析主要原因是。
10. 当管壁及污垢热阻可忽略时，薄管壁求K 公式可简化为：10111αα+=K 此时若10αα<<，则有 。
11. 努塞尔特准数Nu 表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr 表示 的准数，其表达式为 。
12. 蒸汽冷凝有 和 两种方式。
13. 总传热系数的倒数K1代表 ，提高K 值的关键是 。
14. 在卧式管壳式换热器中，用饱和水蒸气加热原油，则原油宜走 程，而总传热系数K接近于 的对流传热系数。
15. 在管壳式换热器中，当两流体的温差超过 时就应该采取热补偿措施。
其基本形式有 、 和 。
16. 写出四种间壁式换热器的名称 、 、 及 。
二、选择题1. 两流体可作严格逆流的换热器是( )A 板翅式换热器B U 型管式列管换热器C 浮头式列管换热器D 套管式换热器2.管壁及污垢热阻可略,对薄管壁来说,当两流体对流体热系数相差悬殊时(如0αα>>i ),为有效提高K 值，关键在于（ ）A 提高i αB 提高0αC 减小垢层热阻D 提高管内流体流量3. 双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温度差为1t ∆和2t ∆，若1t ∆>2t ∆，则1λ和2λ的关系为（ ）A1λ<2λ B 1λ>2λ C 1λ=2λ D 无法确定4. 空气、水、铁的导热系数分别是λ1、λ2和λ3，其大小顺序是（ ）A λ1>λ2>λ3B λ1<λ2<λ3C λ2>λ3>λ1D λ2<λ3<λ 15. 对流体热速率=系数×推动力，其中推动力是（ ）A 两流体的温度差B 流体与壁面（或反之）间的温度差C 同一流体的温度差D 流体的速度差6. 计算液体无相变时在圆直管内对流传热系数，若可采用公式nr p Nu 8.0Re 023.0=,式中指数n 为（ ）A 0.4B 0.3C 被加热时为0.4，被冷却时为0.3D 被加热时为0.3，被冷却时0.47. 水在无相变时在原址观众强制湍流，对流传热系数i α为1000W/（m 2.℃）若将水的流量增加1倍，而其他条件不变，则i α为（ ）A 2000B 1741C 不变D 5008. 对间壁两侧流体一侧恒温,另一侧变温的传热过程,逆流和并流时m t ∆大小为( )A 逆m t ∆>并m t ∆B 逆m t ∆<并m t ∆C 逆m t ∆=并m t ∆D 无法确定三、判断1. 保温材料应采用导热系数小的材料制作( )2. 管壳式换热器的传热面积既是管子截面积,可按照24i d nS π=来计算( ) 3. 在对流传热时，热阻主要集中在缓冲层（ ）4. 努塞尔特准数的表达式为λαμ=Nu （ ）， 普兰特准数的表达式为 λμp r C P = （ ） 5. 导热系数λ，对流传热系数α及总传热系数K 都是表征物质性能的参数（）6. 对于符合121)11(-+≈ααK 情况来说,若21αα<<时,要提高K 值时则主要用提高1α的值（ ）7. 换热器应采用导热系数大的材料来制造（ ）8. 管壳式换热器设计时，腐蚀性的流体宜走管程（ ），而饱和水蒸气冷凝时宜走壳程（ ）四、简答1. 何谓热对流？它又可分为哪两类？何谓对流传热？2. 管壳式换热器主要由那些部件所构成？它的传热面积如何计算？3. 何谓定态传热？有什么特点？4. 傅立叶定律的表达式如何？简述式中各项含义及单位。
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合肥工业大学机械与汽车工程学院研究生考试试卷
课程名称 高等传热学 考试日期 2012-12-19 姓名 年级
班级 学号 得分 所有答案写在答题纸上，写在试卷上无效！！
一、简答题（每题10分，共50分）
1. 简述三种基本传热方式的传热机理并用公式表达传热定律；传热问题的边界条件有哪两类？
2. 有限元法求解传热问题的基本思想是什么？基本求解步骤有哪些？同有限差分方法相比其优点是什么？
3. 什么是形函数？形函数的两个最基本特征是什么？
4. 加权余量法是建立有限元代数方程的基本方法，请描述四种常见形式并用公式表达。
5. 特征伽辽金法（CG ）在处理对流换热问题时遇到什么困难？特征分离法（CBS ）处理对流换热问题的基本思想是什么？
二、计算题（第1, 2题各15分，第3题20分，共50分）
1. 线性三角元的顶点坐标（单位：cm ）为：i (2, 2)、j (6, 4)、k (4, 6)，温度分别为 200℃, 180℃和 160℃，热导率k =0.5W/m ℃。
试计算：
（1）点（3，4）的温度及x 和y 方向的热流分量；
（2）绘制170℃等温线。
2. 计算图1所示的二次三角元在点（2, 5）处的y
N x N ∂∂∂∂66和。
3. 图2所示一维方肋处于热稳定状态，截面2mm ×2mm ，长3cm ，热导率为k =100W/m ℃。
左端面维持恒定温度150℃，右端面绝热，其余表面和空气间的对流换热系数h =120W/m 2，空气温度T a =20℃。
请采用3个一维线元计算距左侧端面分别为1cm 、2cm 的截面和右侧端面的温度。
提示：稳态导
热有限元代数方程：[]{}{}f T K =。
单元截面积A ，截面周长P ，单元刚度矩阵：[]⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=211261111hPl l Ak e K ，单元载荷项：{}⎭⎬⎫⎩⎨⎧=112Pl hT a e f 。
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 装
订
线 T=150℃
绝热 3cm 2mm 图1 图2。