1、211上強N左孝2015/2016學(xué)年第2學(xué)期傳熱學(xué)課程考核試卷課程代碼：學(xué)分/學(xué)時數(shù)4/64任課教師課程性質(zhì)：必修、限選、任選考試形式：開卷、閉卷學(xué)號姓名得分簡答題計算題123456789101112、簡答題(40分)熱量傳遞的三種基本方式及其熱量計算的基本方程式是什么？傳熱：ISj、q八dt對流：流體加熱q二h(t-t)流體冷卻q二h(t-t)wffw輻射：q=gT4冬天，用手去摸置于環(huán)境中的鐵塊和木塊，會感覺哪個冷一些，為什么?如果用手去摸同為棉花織成的平布和絨布，會感覺哪個暖和一些，為什么？dt金屬的導(dǎo)熱系數(shù)比木塊的導(dǎo)熱系數(shù)大。按照傅里葉導(dǎo)熱定律q二-九dx。絨布熱阻大不易散失熱量。寫

2、出Nu、Bi的準(zhǔn)則數(shù)表達式，并解釋Nu、Bi數(shù)的物理意義及其不同之處。個表示對流換熱強烈程度的一個無量綱準(zhǔn)數(shù)。表示流體層流底層的對流傳熱阻力和導(dǎo)熱阻力的比。5Bi=1導(dǎo)熱熱阻與對流熱阻之比，Bi數(shù)趨于0,內(nèi)部熱阻可以忽略，在任一時刻物h體中各點的溫度接近均勻。是判定是否可以采用集中參數(shù)法的依據(jù)。畫出如圖所示流體流過平板時候的速度邊界層厚度變化以及當(dāng)?shù)貙α鲹Q熱系數(shù)h的變x化情況（平板為恒熱流，圖畫在平板下方與層流，轉(zhuǎn)戾和湍流區(qū)一一對應(yīng)）。見圖1寫出如圖所示環(huán)肋的穩(wěn)態(tài)一維導(dǎo)熱問題的完整數(shù)學(xué)描述。環(huán)肋的內(nèi)徑為D外徑為D。io環(huán)肋內(nèi)外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都為h。環(huán)肋頂端可視為絕熱。環(huán)肋高為H。肋基溫度為

3、t，環(huán)境溫度為t.0d2tdx2-h(Ainside+A)(toutsideh(兀D*H+兀D*H)(t一t)oig兀-(D2-D2)*H4oi4（t-t）gD一Doi對外散熱內(nèi)熱源去負(fù)號。d2t數(shù)學(xué)描述瓦4(t-t)gD-Doi邊界條件：x0,t二t0H，二二0dx圖為一扇形區(qū)域中的二維、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源的導(dǎo)熱問題，其一側(cè)平直表面維持均勻恒定溫度t,rr.的表面絕熱，其余表面與溫度為t的環(huán)境換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，gig為用數(shù)值法確定區(qū)域中的溫度分布，在徑向和周向分別用定步長Ar和劃分計算區(qū)域，節(jié)點布置如右圖所示。導(dǎo)熱系數(shù)久及其它物性已知且為常數(shù)，試建立節(jié)點1的離散方程（有限差分方程式）。節(jié)點

4、1的控制體為圖中黃色邊框圍成。對黃色邊框應(yīng)用能量守恒得。eaaAh(t芋h(t一t)ArebA九(t(r)孚九(t-t)Ar（r+Ar）普edA尢(t一t)苧X(t-t)Ar+ee+ebcd0ac7.畫出定壁溫加熱時的池內(nèi)飽和沸騰曲線。說明名區(qū)域名稱，解釋燒毀點的物理意義。穩(wěn)麻孩態(tài)沸搶1210oIV404610100I0002OT0星面過熱度DNB起妃沸胯點牆區(qū)*Qmax點為臨界熱流密度點，一旦熱流密度超過峰值，工況將沿qmax點的虛線跳至穩(wěn)定模態(tài)膜態(tài)沸騰線。tw-tf將猛升1000C?？赡軐?dǎo)致設(shè)備燒毀。8.強制對流和自然對流分別存在哪兩種流動形態(tài)？判斷強制對流和自然對流流動形態(tài)的準(zhǔn)則數(shù)分別是

5、什么？層流和湍流。判斷強制對流的準(zhǔn)則數(shù)是雷諾數(shù)。Repul八gaAth判斷自然對流的準(zhǔn)則數(shù)是格拉曉夫數(shù)Gr=二、計算題（60分）1.一高H為30cm的鋁制圓臺形錐臺，頂面直徑為8.2cm，底面直徑為13cm。底面及頂面溫度各自均勻，并分別為520C及20C。錐臺側(cè)面絕熱。試確定通過該錐臺的導(dǎo)熱量。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為100W/（mK）。解：把這個問題看成一維無內(nèi)熱源導(dǎo)熱問題求解。建立如圖所示的坐標(biāo)系直線方程為：y=0.08（30 x）+4.1A二兀0.08(30X)+4.12=XAdtdx=XAdtdxdt-Xk0.08(30 x)+4.12dxdx0.08(30 x)+4.12=J520-九兀dt

6、20圖給出了一個用于金屬熱處理的冷卻系統(tǒng)。袒二0時刻，一個初溫為T的小金屬球被0放置在冷卻系統(tǒng)內(nèi)，同時，冷卻風(fēng)扇開始工作，使得空氣以強制對流方式對小球進行冷卻環(huán)境溫度為T，對流換熱系數(shù)為h。當(dāng)小球溫度降到T時，風(fēng)扇停止工作。忽略小球的導(dǎo)熱熱阻（即T0）。1）試問，如果忽略小球表面的熱輻射，其溫度降到T時需要多長時間H）？ff2）這個冷卻系統(tǒng)也可以用于冷卻高能電阻器。此時，球狀電阻器產(chǎn)生的熱量近似為均勻的內(nèi)熱源e（W/m3）。試給出溫度隨時間變化的控制方程。1)A=4兀R2V球球4兀R3Th4兀R2(tt)一3h(tt)4兀R3R3導(dǎo)熱微分方程：pc:T+3h（t一七丿=0初始條件：T=0,t=

7、t0解得ttde3hT/rpctt08當(dāng)t二t時，te3hT/rPC(t一t)+1ff0882)導(dǎo)熱微分方程:at3h(t-t)wr04兀R3T室溫為20r的大房間中有一個水平放置、直徑為10cm、長為12m的煙筒，煙筒的平均壁溫為100C，試求：定性溫度；管外流態(tài)；對流換熱量；每小時的總散熱量。(以下兩個實驗關(guān)聯(lián)式僅供參考)1)Nu二C(GrPr)n2)Nu=0.023Reo.sPro.31)定性溫度：tt+t=房間煙筒220+100260C加熱表面形狀和位置流態(tài)CNGr數(shù)適用范圍層流0.591/41.43X1043X109豎平板及豎圓柱過渡0.02920.393X1092X1010湍流0.111/32X1010層流0.481/41.43X1045.76X108橫圓柱過渡0.01650.425.76X1084.65X109湍流0.111/34.65X109t九x102W/(mC)ux106m2/sPr102.5114.160.705602.9018.970.6951103.2524.300.6862)1=12,At=t-t=10020=80,g=