流體力學(xué)與傳熱學(xué)試題及參考答案一、填空題：（每空1分）1、對流傳熱總是概括地著眼于壁面和流體主體之間的熱傳遞，也就是將邊界層白——和邊界層外的合并考慮，并命名為給熱。答案：熱傳導(dǎo)；對流傳熱2、在工程計算中，對兩側(cè)溫度分別為t1,t2的固體，通常采用平均導(dǎo)熱系數(shù)進行熱傳導(dǎo)計算。平均導(dǎo)熱系數(shù)的兩種表示方法或。、V人+人-t+t答案；入= ~2；人=1223、圖3-2表示固定管板式換熱器的兩塊管板。由圖可知，此換熱器為 管程，管程流體的走向為 或.圖3-23-18附圖答案：4；2—4—1—5—3；3—5—1—4—24、黑體的表面溫度從300^升至600r，其輻射能力增大到原來的倍.答案：5.39分析：斯蒂芬-波爾茲曼定律表明黑體的輻射能力與絕對溫度的4次方成正比，而非(600+273)4攝氏溫度，即39。攝氏溫度，即39。"300+273)5、3-24用0.1Mpa的飽和水蒸氣在套管換熱器中加熱空氣?？諝庾吖軆?nèi)，由20C升至60C，則管內(nèi)壁的溫度約為。答案：100C6、熱油和水在一套管換熱器中換熱，水由20r升至75°C。若冷流體為最小值流體，傳熱效率0.65，則油的入口溫度為。答案：104C分析：8=― =0.65 ?，.T「104CT1—20 1

7、因次分析法的基礎(chǔ)是 ，又稱因次的和諧性。答案：因次的一致性8、粘度的物理意義是促使流體產(chǎn)生單位速度梯度的 。答案：剪應(yīng)力9、如果管內(nèi)流體流量增大1倍以后，仍處于滯流狀態(tài)，則流動阻力增大到原來的 倍。答案：210、在滯流區(qū)，若總流量不變，規(guī)格相同的兩根管子串聯(lián)時的壓降為并聯(lián)時白倍。答案：411、流體沿壁面流動時，在邊界層內(nèi)垂直于流動方向上存在著顯著白，即使很小，仍然很大，不容忽視。答案：速度梯度；粘度；內(nèi)摩擦應(yīng)力12、 雷諾數(shù)的物理意義實際上就是與阻力有關(guān)的兩個作用力的比值，即流體流動時的與之比。答案：慣性力；粘性力13、滯流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是 。答案：滯流無徑向運動，湍流有徑向運動；、問答題：（每小題8分）1、工業(yè)上常使用飽和蒸汽做為加熱介質(zhì)而不用過熱蒸汽，為什么？答：使用飽和蒸汽做為加熱介質(zhì)的方法在工業(yè)上已得到廣泛的應(yīng)用。這是因為飽和蒸汽與低于其溫度的壁面接觸后，冷凝為液體，釋放出大量的潛在熱量。雖然蒸汽凝結(jié)后生成的凝液覆蓋著壁面，使后續(xù)蒸汽放出的潛熱只能通過先前形成的液膜傳到壁面，但因氣相不存在熱阻，冷凝傳熱的全部熱阻只集中在液膜，由于冷凝給熱系數(shù)很大，加上其溫度恒定的特點，所以在工業(yè)上得到日益廣泛的應(yīng)用。如要加熱介質(zhì)是過熱蒸汽，特別是壁溫高于蒸汽相應(yīng)的飽和溫度時，壁面上就不會發(fā)生冷凝現(xiàn)象，蒸汽和壁面之間發(fā)生的只是通常的對流傳熱。此時，熱阻將集中在靠近壁面的滯流內(nèi)層中，而蒸氣的導(dǎo)熱系數(shù)又很小，故過熱蒸汽的對流傳熱系數(shù)遠小于蒸汽的冷凝給熱系數(shù)，這就大大限制了過熱蒸汽的工業(yè)應(yīng)用。

2、下圖所示的兩個U形管壓差計中，同一水平面上的兩點A、B或C、D的壓強是否相等?答：在圖1—1所示的倒U形管壓差計頂部劃出一微小空氣柱?？諝庵o止不動，說明兩側(cè)的壓強相等，設(shè)為P。P2P11P2P11由流體靜力學(xué)基本方程式：P=p+P空gh+p水gh空氣1PB=P+P空氣gh1+P空氣gh空氣1P水＞P空氣即A、B兩點壓強不等。Pa>PBPcP水＞P空氣即A、B兩點壓強不等。Pa>PBPc=P+P空氣gh空氣1Pd=P+P空氣gh1也就是說，PcD兩點壓強相等。Pd都等于頂部的壓強P加上h1高空氣柱所引起的壓強，所以C、同理，左側(cè)U形管壓差計中，P=pB而Pc=P。。3、容器中的水靜止不動。為了測量A、種測量方法是否可行？為什么？答：如圖1—2，取1—1/為等壓面。由p1=p'1可知：Pb+PHog(R+H)=PA+PHog(h+H)+P圖1-2 1-2附圖=「A+Phogh將其代入上式，整理得(PHgfhOgR=0PH-PHO。0R=0R等于零，即壓差計無讀數(shù)，所以圖示這種測量方法不可行。4、圖1-6為典型的簡單管路。設(shè)各段管徑相同，液體做穩(wěn)態(tài)流動。現(xiàn)將閥門由全開轉(zhuǎn)為半開，試分析下述參數(shù)如何變化？⑴ u； （2）pA；⑶pB2答：(1)閥門關(guān)小，其阻力系數(shù)增大,f_B增大，又Z1不變，即截面1流體的總機械能一定，故u減小。(2)考察1、A兩個截面間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系：由u減小知f_A必減小，又Z1不變，故Pa增大。(3)在管段B、2之間做能量衡算：u減小，hfB2減小，又P2不變，故PB將減小。三、計算題：(每小題12分)1、某固體壁厚b=500mm，其導(dǎo)熱系數(shù)人=1.0W/(m-。。已知壁的一側(cè)流體溫度T=230C,其對流傳熱系數(shù)a1=50W/(m.T);另一側(cè)流體溫度t=30°C,對流傳熱系數(shù)a=100W/(m2C).若忽略污垢熱阻，試求：2(1)熱通量q; (2)距熱壁面25mm處的壁溫t,。Ta2aTa2a1T圖3-1解：方法先求熱通量，然后以(T-t)為傳熱推動力，X(—+-)為對應(yīng)熱阻，求出f。即將熱流體與壁面對流傳熱與b厚壁面的導(dǎo)熱綜合考慮。a】人 工 工

(1)熱通量q1 0.5=——+——+——=0.53（m2-°c）/W50 1 100q=230-q=230-300.53=378W/m2=230-378G1=230-378G1+500.0251）=213C△tT-1⑵壁溫tXq=1= X1bK， +—a人2、將一銅球投入T=350°C的恒溫油槽中。已知銅球的初始溫［=20°。，質(zhì)量m=1kg,表面積A=0.01m2,比熱容c=0.406kJ/(kg?°C)，油與球外表面的對流傳熱系數(shù)a=60W/(m2?°C)。設(shè)可忽略銅球內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻，求6min后銅球的溫度12。分析：銅球投入油中后，隨即開始吸熱升溫過程。由于油溫不變，隨著球溫上升，傳熱推動力即溫差減小，傳熱速率下降。而傳熱速率下降反過來又影響銅球的吸熱，使得球溫上升速度漸減。所以銅球與油品之間的傳熱為一非定態(tài)傳熱過程。解：設(shè)t為銅球的瞬時溫度，決秒時間內(nèi)，球溫升高dt攝氏度。銅球的吸熱速率為 Q=m-c^- (a)de油對銅球的傳熱速率為Q=aA(T-1) (b)由題意，式(a)=由題意，式(a)=式(b)，即m^^—=aA（T-1）d。分離變量 de對(c)式進行積分mcdtaAT-1j360de=mLJl0 以At1T—t（c）mcln（T-1）aA代入已知數(shù)1X0.406X103 350-20代入已知數(shù)360= ln 60x0.01 350-1212=156°C 6min后銅球升至156°C。4、用泵將5°C的水從水池吸上，經(jīng)換熱器預(yù)熱后打入某容器。已知泵的流量度1000kg/h?D熱器的傳熱速率為11.6W，管路的散熱率為2.09kw，泵的有效功率為1.2kw。設(shè)池面與容器的高度不變，求水進入容器時的溫度。分析：本系統(tǒng)對水提供能量的來源有二：泵和加熱器。泵所提供的能量除使水的機械能增加外，其余部分則因克服流動阻力而轉(zhuǎn)化為熱能。這部分熱能和加熱器加入的熱能，一部分散失到環(huán)境中，一部分被水吸收轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使水溫升高。如果設(shè)法求出水的內(nèi)能增加值，該問題就迎刃而解。解：方法一(1)水的內(nèi)能增加值如圖3-3，以0-0'面為基準(zhǔn)面，列1-1’.2-2’截面間的柏努利方程式，以表壓計。22’圖3-34m

22’圖3-34m一pu2 八 一pu2Zg+%+-2-+W+Q+U=gZ+烏+歹+U式中U],U2——截面1,2水的內(nèi)能，J/Kg；Q——加熱器加入的熱量，J/Kg。已矢口u=uwop=p=0Z=-4m Z=10m將其代入上式，整理得U2-U1=g(Z1-Z2)+W+Q傳熱速率：Q=11.6-2.09=9.514W可寫成Q可寫成Q=9.51x103x36001000=3.42x104J/kg泵對水加入的能量：W=技XT二3600=4.32x104J/kge1000水的內(nèi)能增加值：AU=9.81x(-4-10)+4.32x103+3.42x104=3.84x104J/kg=38.4kJ/kg(2)水溫取水的比熱容為4.19kJ/(kg?°C)，則水進入容器時的溫度為U3.84x104t=5+ =14.2°C4.19x103方法二可先求水在單位時間吸收的熱量，然后求水溫。這個熱量由兩部分組成：一是加熱傳遞的熱量，再就是因克服流動阻力由機械能轉(zhuǎn)化成的熱量。(1)水的吸熱速率以0-0、面為基準(zhǔn)面，列1-1'、2-2、截面間的柏努利方程，以表壓計。rpu2 pu2^,Zg+4+-^-+W=Zg+烏+^2+Zh已矢口 p=p=0u=uw0Z=-4mZ=10m化簡 Z七=(Z1-Z2)g+W°W=1.2W=1.2x103x36001500=4.32x103J/kgZh=(-4-10)x9.81+4.32x103=4.18x103J/kgf因流動阻力而產(chǎn)生的熱量為:y7 4.18X103X1000工h= =1.16x103Wf3600水的吸熱速率：Q=(11.6-2.09)x103+1.16x103=10.7kWU1.07X104X3600（2）水溫t=5+ =14.2。（2）水溫1000x4.19x1034、某敞口貯油槽中裝有深度h為3m的機油，從直徑d為3m的油槽底部小孔中排出。小孔的面積A2為0。002m2。假設(shè)油品自小孔排出時的流量系數(shù)C0=0.6，試求：（1）機油自小孔排出時的初始流量；（2）油面降至1m時所需的時間。圖3-4圖3-4分析：隨著機油的流出，油面不斷下降，出口的流速和流量也不斷變化。對于此類不定態(tài)流動，柏努力方程并不適用。但在本例中，小孔的截面積遠小于貯油槽的截面積，液面高度的變化很緩慢，各流量參數(shù)隨時間的變化率亦很小，故可做擬定態(tài)處理，仍可通過柏努力方程式求解。解：（1）如圖1-22,以油槽液面為1—1、截面，以油槽底部2-2'截面為基準(zhǔn)面，列1-1'、2-2'截面間的柏努力方程式，以表壓計。由題意 Z]=3m由題意 Z]=3mP1U2將以上數(shù)據(jù)代入柏努力方程式，化簡得： 4g=-2-將C0引入 u2=C0J2ZJ=0.6J2X3X9.81=4.06m/s初始流量 V=u2A2=4.06x0.002=9.2x10-3m3/s=33.1m3/h

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