2013年傳熱學(xué)期中考試答案

1、 南昌大學(xué) 20132014學(xué)年第一學(xué)期期中考試試卷1. 內(nèi)燃機氣缸壁厚,熱導(dǎo)率,燃氣與氣缸內(nèi)表面的對流換熱系數(shù),輻射傳熱系數(shù) ,汽缸壁外表面與冷卻水的對流傳熱系數(shù)。設(shè)內(nèi)燃機氣缸壁可近似為平壁，試計算內(nèi)燃機氣缸壁傳熱的總熱阻。運行一段時間后，冷卻水側(cè)結(jié)了厚的水垢，水垢的熱導(dǎo)率，試估算由于水垢引起的總熱阻的相對變化。(15分) 燃氣氣缸內(nèi)壁面氣缸外壁面水垢外壁面冷卻水答:（1）無水垢時： （7分）（2）有水垢時： （6分）（3）總熱阻的相對增加：（2分）2.由導(dǎo)熱微分方程的一般形式如下：簡述上面方程中各項的物理意義。（2）將其簡化成二維、非穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源常物性的導(dǎo)熱微分方程。（8分）答:（1）：

2、微元體熱力學(xué)能的增量：微元體從X,Y,Z三個方向?qū)胛⒃w的總熱流量：微元體內(nèi)熱源的生成熱（3分）（2） (3分)3. 一塊大平板，厚度，有內(nèi)熱源，平板中的一維穩(wěn)態(tài)溫度分布為，式中，。假定平板的導(dǎo)熱系數(shù)，試確定：(1)平板中內(nèi)熱源之值；(2) 和邊界處的熱流密度。（15分）答:(1) 直角坐標中常物性、有內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程式為 （5分） .(5分)(2) 根據(jù)傅里葉定律和給定的平板溫度分布，可得 x=0處絕熱.(5分)(5分)4. 一塊初溫為20、厚的鋼板，熱導(dǎo)率為，密度為，比熱容為，放入的加熱爐中加熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為。問單面加熱時的中心溫度為多少？如兩面加熱，要達到相同的中心溫度需

3、要多少時間？（12分）答：（1）單面加熱：單面加熱相當(dāng)于一塊厚為的鋼板兩面對稱加熱，。題給鋼板的中心處相當(dāng)于 （1分）熱擴散率為： （1分）參量 （1分）(1分)查表得: , (2分)則鋼板中心的相對過余溫度為:(1分)鋼板的中心溫度為:(1分)(2)兩面加熱: 相當(dāng)于一塊厚為的鋼板兩面對稱加熱，。(1分)(1分)中心過余溫度為: (1分)查表得(1分)兩面加熱，要達到相同的中心溫度需要時間:(1分)5. 簡述的定義式及物理意義。兩者有何區(qū)別?（8分）答: 雖然兩者都表示邊界上的無量綱溫度梯度, ， （4分） 但一個在流體側(cè),一個在固體側(cè)。中的L為流場的特征尺寸，為流體的導(dǎo)熱系數(shù)。中的L為固體

4、系統(tǒng)的特征尺寸，為固體的導(dǎo)熱系數(shù)。（4分）6對于管內(nèi)強制對流換熱，可以采用何種方式強化流體的換熱？為什么？（10分）答:可通過長管改為分段的短管或者采用螺旋管都可以強化流體的換熱.(4分)因為長管改為分段的短管應(yīng)考慮入口效應(yīng),其對流換熱系數(shù)更大.采用螺旋管,在橫截面上引起二次環(huán)流也強化換熱.(6分)7. 空氣在常壓下以的速度流過平板，平板長為。若平板溫度為，試求空氣流離開平板時，平板單位寬度的總放熱量。（12分）答(1)特征溫度: (2分)據(jù)此查得:(1分)(2)雷諾數(shù): (2分) 屬于層流.(1分)(3)對流換熱系數(shù):(2分)(2分)（4）所需管長為：(2分)8. 空氣橫向掠過12排管子組成

5、的叉排加熱器，管外徑d=25mm，管間距S1=50mm，S2=45mm，管束的最窄截面處流速u=5m/s，空氣平均溫度=60，管壁溫度為120，試求管束平均換熱系數(shù)。如管束改為順排，其他條件不變，則換熱系數(shù)為多少？（12分）答(1) 叉排時：特征溫度: 據(jù)此查得:(2分)雷諾數(shù): (2分)對流換熱系數(shù):(2分) 查的12排的修正系數(shù)為0.986(2分)（2）順排： (2分) 查的12排的修正系數(shù)為0.987(2分)9. 不凝結(jié)氣體含量如何影響了蒸汽凝結(jié)時的對流換熱系數(shù)值？其影響程度如何？凝汽器如何解決這個問題？（8分）答：（1）因在工業(yè)凝汽器設(shè)備的凝結(jié)溫度下，蒸汽中所含有的空氣等氣體是不會凝結(jié)的，故稱這些氣體成分為不凝結(jié)氣體。當(dāng)蒸汽凝結(jié)時，不凝結(jié)氣體聚積在液膜附近，形成不凝結(jié)氣體層，遠處的蒸汽在抵達液膜表面進行凝結(jié)前，必須以擴散方式穿過這個氣體層，這就使凝結(jié)換熱過程增加了一個熱阻，即氣相熱阻，所以對流換熱系數(shù)降低。（4分）（2）在一般冷凝溫差下，當(dāng)不凝結(jié)氣體含量