1、、計算題1、一塊無限太平板，單側(cè)表面積為A,初溫為to,一側(cè)表面受溫度為L，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h的氣流冷卻，另一側(cè)受到恒定熱流密度qw的加熱，內(nèi)部熱阻可以忽略，試列出物體內(nèi)部的溫度隨時間變化的微分方程式并求解之。設(shè)其他幾何參數(shù)及物性參數(shù)已知。解：由題意，物體內(nèi)部熱阻可以忽略，溫度僅為時間的函數(shù)，一側(cè)的對流換熱和另一側(cè)恒熱流加熱作為內(nèi)熱源處理，根據(jù)熱平衡方程可得：控制方程為：PcV電+hA(t-Gj-Aqw=。初始條件：tx_0=todx_引入過于溫度e=t-t4則為PcV+hA0-Aqw=0,日“=t0-展=*-出x=0-hA上述控制方程的通解為：丁=Be一2'-qw,由初始條件有:hhA

2、hAx-I-x故溫度分布：e=t-1笛=e0e兩+軀1-eVhI)2、人為變量的一維導(dǎo)熱問題。某一無限大平壁厚度為a,內(nèi)、外表面溫度分別為twi、tw2,導(dǎo)熱系數(shù)為7u=%(1+bt)W/mK,試確定平壁內(nèi)的溫度分布和熱流通量。設(shè)平壁內(nèi)無內(nèi)熱源。包/=0,tdxdxx=0-tw1tx=.=%122btw1組上012btw1tw2溫度分布：1t+*j*卜TxHb(tw1+匕)熱流通量：q=一更一g=tw上011btw1tw2dx-223、在一換熱設(shè)備中為平均溫度為1800c空氣的加熱過程，空氣的平均流速為6.0m/s,現(xiàn)采用一個縮小成實物1/5的模型對加熱過程進行模擬；模擬空氣溫度為20C,求模

3、擬流速為多少才能保證與原來設(shè)備的換熱現(xiàn)象相似。若模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為120W/(mK),求相應(yīng)實物中的值。(空氣20c時的物性參數(shù):1=0.0259W/mK,v1=15.06102/s,Pr1=0.703空氣180c時的物性參數(shù)：2=0.0378W/mK,v2=32.4910*m2/s,Pr2M0.681)解：根據(jù)相似理論，模型與實物中的，雷諾數(shù)應(yīng)相等ul1u122%1、2一l2=u1=(")U215.0610上32.4910-6(5分)M5M6=13.9m/sNui=NU21in'2、=h2=h1()(1)=120l2110.0378-=35W/(mK)50.0259

4、(5分)47.1410(2分)(2分)(2分)(2分)(2分)4、20C,大氣壓下的空氣，以15m/s的速度流過長為100mm的平板，平板溫度保持140C。試問平板單位面積的平均熱流量是多少？(80C空氣物性參數(shù):人=0.0305W/(mK),v=21.09刃10上m2/s,Pr=0.692)解：定性溫度:ul150.1Re=1=v21.09彳011Nu=0.664Re2Pr3=156.5Nuh=47.V7m(K)l層流則平板單位面積的平均換熱量為：Q=hA(tw-tf)=5724W5、兩個直徑為0.4m,相距0.1m的平行同軸圓盤，放在環(huán)境溫度保持為300K的大房間內(nèi)。兩圓盤背面不參與換熱。

5、其中一個圓盤絕熱，另一個保持均勻溫度500K,發(fā)射率為0.6。且兩圓盤均為漫射灰體。試確定絕熱圓盤的表面溫度及等溫圓盤表面的輻射熱流密度。解：這是三個表面組成封閉系的輻射換熱問題，表面1為漫灰表面，表面2為絕熱表面，表面3相當于黑體。如圖(a)所示。輻射網(wǎng)絡(luò)圖見圖(b)0計算角系數(shù)：Xi,2=0.62;X1,3=X2,3=10.62=0.382：.22A=A=-d=0.4=0.1257m44A3=：dl=：0.40.1=0.1257m對J1列節(jié)點方程制+一+=01A1X1,3a1X1,2a1對J2列節(jié)點方程立/+町運=011X2,3A2X1,2a1其中J3=Eb3工4=5.6710*3004=

6、459.27W/m2Eb1-；一14=5.6710上5004=3543.75W/m2；iA=5.3,0.60.1257AXi,3A2X2,30.12570.38=20.935420.935412.8314459.27-J2J1-J22-=0解得：J1=2646.65W/m2,J2=1815.4W/m21815.4因此T2=5.67103-423K等溫圓盤1的表面輻射熱流:Eg3543.75-2646.6521-0.6-b1=1345.65W/m0.66、(15分)設(shè)計一個把總流量為2.5kg/s的水從15C加熱到85C的叉流式換熱器,使160c的熱機油通過殼側(cè)，冷水則在10根八流程、管徑為25

7、mm的薄壁管中流過。管內(nèi)水的換熱系數(shù)為3000W/(m,)、比熱為4187J/(kg.),管外油的換熱系數(shù)為400W/(m©、比熱為2350J/(kg.),忽略管壁導(dǎo)熱熱阻。求：若油離開換熱器為100,(1)油的流量為多少？(2)為達到設(shè)計要求，每程管子的長度為多少？(本題可作逆流考慮)解：由題意，水的進口溫度為t2=15°C,出口溫度為t；=85°C;油的進口溫度為t；=160°C,出口溫度為t；=100°C;設(shè)每程管子長度為l(1)由熱平衡'，''，''、m水分(t2-t2)=m油c油(t1-t1)&

8、#39;'則m油二斤1水07K)/0由儲-G)m油=2.54187(85-15)/2350(160-100)©八)=5.2kg/s(2)逆流考慮時對數(shù)平均溫差為，.一'''一."'.'''.tm=(&-t2)-(t1-t2)/帖(。1一t2)/(t112)=(160-85)-(100-15)/ln(160-85)/(100-15)(3分)=79.9C由于為薄壁管且導(dǎo)熱熱阻不計則，水側(cè)表面熱阻為,油側(cè)表面熱阻為,h2Ah1A其中A為傳熱面積，由111=+kAh1Ah2Amth1Mh23000M400/。,

9、八八、則k=-2=352.9W/（mC）（4分）h1h23000400f-=kAAt又由Wm其中a為管子根數(shù)，b為換熱器程數(shù)IA=ab二dl'mm水c水（t212）2.5x4187x（85-15）,*I，貝U-abk&mnd-abk&mnd_10父8父352.9父79.9父n父25父10,（5分）=4.13m二、簡答題7、工程中應(yīng)用多孔性材料作保溫隔熱，使用時應(yīng)注意什么問題？為什么？答：應(yīng)注意防潮。保溫材料的一個共同特點是它們經(jīng)常呈多孔狀，或者具有纖維結(jié)構(gòu)，其中的熱量傳遞是導(dǎo)熱、對流換熱、熱輻射三種傳熱機理聯(lián)合作用的綜合過程。如果保溫材料受潮，水分將替代孔隙中的空氣，這

10、樣不僅水分的導(dǎo)熱系數(shù)高于空氣，而且對流換熱強度大幅度增加，這樣材料保溫性能會急劇下降。8、層流時的對流傳熱系數(shù)是否總是小于湍流時的對流傳熱系數(shù)？為什么？答：（在入口段邊界層厚度從零開始增厚，若采用短管，盡管處于層流工況，由于邊界層較薄，對流換熱系數(shù)可以大于紊流狀況。）9、對管內(nèi)強迫對流換熱，為何采用短管和彎管可以強化流體換熱？答：采用短管，主要是利用流體在管內(nèi)換熱處于入口段溫度邊界層較薄，因而換熱強的特點，即所謂的“入口效應(yīng)”），從而強化換熱。對于彎管，流體流經(jīng)彎管時，由于離心力作用，在橫截面上產(chǎn)生二次環(huán)流，增加了擾動，從而強化了傳熱。10、寫出輻射換熱中兩表面間的平均角系數(shù)的表達式，并說明其

11、物理意義。答：平均角系數(shù)X,2=上門史里等2dAdA2,它表示Ai表面發(fā)射出的輻射能A1A1A2r中直接落到另一表面A2上的百分數(shù)?；蛘咚硎倦x開A1表面的輻射能中直接落到另一表面A2上的百分數(shù)。11、表面輻射熱阻概念。答：當物體表面不是黑體時，該表面不能全部吸收外來投射的輻射能量，這相當1于表面存在熱阻，該熱阻稱為表面輻射熱阻，常以1來表示。A；12、什么是物體的發(fā)射率和吸收率？二者在什么條件下相等？答：實際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比稱為該物體的發(fā)射率；投射到物體表面的總能量中被吸收的能量所占的份額是物體的吸收率。由基爾霍夫定律可知：當物體表面為漫灰表面時，二者相等。13、（5分

12、）換熱器熱計算中為什么要用“平均傳熱溫差”的概念？目前廣泛采用的對數(shù)平均溫差計算公式是不是嚴格精確的平均溫差？說明你的判斷及理由？答：1、因為換熱器冷熱流體間的溫差沿程是不斷變化的，當利用傳熱方程計算整個傳熱面上的熱流量時，必須使用整個傳熱面上的平均溫差。2、對數(shù)平均溫差不是嚴格精確的平均溫差，是建立在4個假設(shè)的基礎(chǔ)上的：（1）冷熱流體的質(zhì)量流量及比熱容在整個換熱面上是常量；（2）傳熱系數(shù)在整個換熱面上不變；（3）換熱器無散熱損失；（4）換熱面中沿管子軸向的導(dǎo)熱量忽略不計。14、（3分）肋片加在表面換熱系數(shù)大的一側(cè)與加在表面換熱系數(shù)小的一側(cè)哪一種強化傳熱的效果好？試解釋其主要原因？答：肋片加在表面換熱系數(shù)小的一側(cè)強化換熱的效果好，因為表面換熱系數(shù)小的一側(cè)在整個傳熱過程中熱阻占主要部分，加肋片后可以增加換熱面積，顯著地減小該側(cè)的表面熱阻，從而使傳熱系數(shù)增大，增強換熱；而表面換熱系數(shù)大的一側(cè)在傳熱過程中表面熱阻本來就小，加肋片后對整個傳熱過程熱阻的改變很小，所以不能有效地強化換熱。15、（3分）用熱水散熱器來采暖（管內(nèi)熱水加熱加熱管外空氣