传热学期末考试题

导热：

一、（10分）如图所示的墙壁，其导热系数为50W /(m K)λ=⋅，厚度为100mm ，所处外界温度20℃，测得两侧外壁面温度均为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 ？

二、（10分）如图所示一个半径为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？

对流：

三、（10分）20℃的空气，以10m/s 的速度纵向流过一块长200mm ，温度为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1m ，空气物性参数见表） 准则关联式：12130.664Re Pr Nu = 层流；4513(0.037Re 871)Pr Nu =- 湍流

边界层厚度：x δ

=； 流动边界层与热边界层之比：13Pr t δδ= 空气的热物理性质

度为40℃，管内径d ＝20mm ，求对流换热系数和平均管壁温度。

为50℃，周围空气的温度为10℃。计算蒸汽管道外壁面的对流散热损失。准则

关联式：Pr n Nu C Gr =（）

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

空气热物理性质

辐射：

七、（10分）如图所示，半球表面是绝热的，底面一直径d=0.3m 的圆盘被分为1、2两部分。表面1为灰体，T 1＝550K ，发射率ε1=0.6，表面2为温度T 2＝333K 的黑体。

（1）计算角系数)21(,3+X ，2,1X ，3,1X ，3,2X

（2）画出热网络图并计算表面1和表面2之间的换热量以及绝热面3的温度。

八、（10分）已知如图所示微元面积1dA 与球缺2A ，微元处于球面的中心出，到达球面的距离为球面半径r 。求：从角系数的积分定义出发，计算1dA 到球缺内表面2A 的角系数，并用两种极限情形来检查你所得到的公式的正确性。

九、（10分）两个相互平行的漫灰大表面，相距很近，两表面的发射率均为0.85。要使它们之间的辐射换热量减少为原来的1/10，在中间插入一块遮热板，该板的表面发射率必须不高于多少？在两表面温度分别为200℃和400℃的情况下，若用λ=0.05W/(m·K)的保温材料达到相同的目的，需要多厚保温层？

十、（10分）如附图所示，已知一微元圆盘dA 1与有限大圆盘A 2（直径为D ）相平行放置，两圆盘中心线之连线垂直于两圆盘，且长度为s 。试计算X d1,2

十一、（10分）如图所示一直径为20mm ，表面温度2T ＝2000K 的热流计探头，用以测定一微小表面积1A 的辐射热流，该表面温度为1T ＝1000K 。环境温度很低，因而对探头的影响可以忽略不计。因某些原因，探头只能安置在与1A 表面法线成60°处，探头距地面l =0.5m 。探头测得的热量为0.1W 。表面1A 是漫射的，而

探头表面的吸收比可近似地取为1。试确定1A 的发射率。1A 的面积为24104m -⨯。

换热器

十二、（10分）用进口温度为12℃、质量流量2m q =31810⨯kg/h 的水冷却从分馏器中得到的80℃的饱和苯蒸汽。使用顺流换热器，冷凝段和过冷段的传热系数k 均为980W/(m 2·K)。已知苯的汽化潜热γ=339510⨯J/kg ，比热容1p c =1758 J/（kg·K ）。试确定将质量流量1m q =3600kg/h 的苯蒸汽凝结并过冷到40℃所需的冷凝段和过冷段传热面积分别为多少。（水的定压比容2p c =4183 J/（kg·K ）。）

十三、（10分）一台逆流式油冷器，管子为铜管，外径为15mm ，壁厚为1mm ，铜管导热系数为384W/m·K 。在油冷器中，密度为879kg/m 3，比热容为1950J/kg·K ，流量为39 m 3/h 的油从1'56.9t =℃冷却到了1''45t =℃，油在管外的隔板间流，对流换热系数425o h =W/m 2·K ，冷却水在油冷却器的管内流，进口温度2'33t =℃，温升为4℃，对流换热系数4480i h =W/m 2·K ，若温差修正系数0.97t ε∆=，（1）试求按管子外表面面积计算的总传热系数。（2）试求所需传热面积。

简答题：

导热：

1、（5分）对于平板导热，试说明Bi 数的物理意义，0Bi →及Bi →∞各代表什么样的换热条件？一块厚为2δ的金属平板，初始温度为0t ，突然置于温度为t ∞的流体中冷却，试着画出当0Bi →时，平板中温度场的变化情形。

2、（5分）厚度均为δ的两个无限大平板，紧靠在一起放置在某一环境中，达到稳态时平板中的温度分布如图所示，两平板的导热系数分别为1λ、2λ且均为常数，试从一维稳态导热方程出发，判断两平板是否存在内热源，若存在指出是哪个平板，并判断内热源的正负；两平板中热流密度1q ，2q 是否相等，并比较两平板的导热系数1λ、2λ的大小？

3、（5分）在热电偶测定流体温度时，热电偶对流体温度变动响应快慢的指标是什么？写出该指标的具体表达式，由表达式判断该指标与那些因素有关？

4、（5分）肋效率表征了肋片散热的有效程度，试说明肋效率的物理意义，并判断随肋高H不断增大，肋效率的变化趋势？随着肋片高度的增加是否会出现一个临界高度，当肋片超过这个高度后，肋片导热热流量反而会下降？为什么。

对流：

5、（5分）对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热？

6、（5分）在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大？为什么？有人说对一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度梯度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小，你认为对吗？

7、（5分）空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，换热强度降低，为什么？8、（5分）自然对流与强制对流换热机理有什么区别。

辐射：

9、（5分）漫灰表面间的辐射换热计算中采用了有效辐射J，试阐述有效辐射J 及投入辐射G的概念；并结合投入辐射G说明有效辐射包含哪几部分辐射，写出有效辐射J的表达式。

10、（5分）如图所示为真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出，黑体对A、B、C三处中何处定向辐射强度最大？何处辐射热流最大？假设A、B、C 三处对球心所张的立体角相同。

11、（5分）在一个球形腔上开一个小孔，并设法使空腔壁面保持均匀的温度，这时空腔上的小孔就具有黑体辐射的特性。小孔的黑度与哪些因素有关，这些因素是如何影响小孔黑度的？哪些为主要因素，哪些为次要因素？

12、（5分）如图两漫灰同心球壳之间插入一辐射遮热球壳，试问遮热球壳靠近外球壳还是靠近内球壳时，球壳1和球壳2表面之间的辐射散热量越大？并画出该辐射换热系统的辐射网络图。