2012.9传热题答案4.doc

一、计算题 1、一块无限太平板，单侧表面积为，初温为，一侧表面受温度为，表面传热系数为的气流冷却，另一侧受到恒定热流密度的加热，内部热阻可以忽略，试列出物体内部的温度随时间变化的微分方程式并求解之。设其他几何参数及物性参数已知。 解：由题意，物体内部热阻可以忽略，温度仅为时间的函数，一侧的对流换热和另—侧恒热流加热作为内热源处理，根据热平衡方程可得： 控制方程为： 初始条件： 引入过于温度，则为， 上述控制方程的通解为：，由初始条件有： 故温度分布： 2、为变量的一维导热问题。某一无限大平壁厚度为，内、外表面温度分别为、，导热系数为W/mK，试确定平壁内的温度分布和热流通量。设平壁内无内热源。 ， ， ， 温度分布： 热流通量： 3、在一换热设备中为平均温度为1800C空气的加热过程，空气的平均流速为6.0m/s，现采用一个缩小成实物1/5的模型对加热过程进行模拟；模拟空气温度为20℃，求模拟流速为多少才能保证与原来设备的换热现象相似。若模型中的平均表面传热系数为120W/(m2K)，求相应实物中的值。 （空气20℃时的物性参数： 空气180℃时的物性参数：） 解：根据相似理论，模型与实物中的，雷诺数应相等 （5分） （5分） 4、20℃，大气压下的空气，以15ｍ/s的速度流过长为100mm的平板，平板温度保持140℃。试问平板单位面积的平均热流量是多少？ （80℃空气物性参数：） 解： 定性温度： （2分） （2分） （2分） （2分） 层流则平板单位面积的平均换热量为： （2分） 5、两个直径为0.4m，相距0.1m的平行同轴圆盘，放在环境温度保持为300K的大房间内。两圆盘背面不参与换热。其中一个圆盘绝热，另一个保持均匀温度500K，发射率为0.6。且两圆盘均为漫射灰体。试确定绝热圆盘的表面温度及等温圆盘表面的辐射热流密度。 解：这是三个表面组成封闭系的辐射换热问题，表面1为漫灰表面，表面2为绝热表面，表面3相当于黑体。如图(a)所示。辐射网络图见图(b)。 计算角系数：； m2 m2 对J1列节点方程 对J2列节点方程 其中 W/m2 W/m2 ， 因而(1)，(2)式成为： 解得：W/m2，W/m2 因此K 等温圆盘1的表面辐射热流： W/m2 （15分）设计一个把总流量为的水从加热到的叉流式换热器，使160℃的热机油通过壳侧，冷水则在10根八流程、管径为25mm的薄壁管中流过。管内水的换热系数为、比热为，管外油的换热系数为、比热为，忽略管壁导热热阻。求：若油离开换热器为，（1）油的流量为多少？（2）为达到设计要求，每程管子的长度为多少？（本题可作逆流考虑） 解：由题意，水的进口温度为，出口温度为；油的进口温度为，出口温度为；设每程管子长度为 由热平衡 则 （3分） 逆流考虑时对数平均温差为 （3分） 由于为薄壁管且导热热阻不计则，水侧表面热阻为，油侧表面热阻为，其中为传热面积，由 则 （4分） 又由 其中为管子根数，为换热器程数 则 （5分） 二、简答题 7、工程中应用多孔性材料作保温隔热,使用时应注意什么问题?为什么? 答：应注意防潮。保温材料的一个共同特点是它们经常呈多孔状，或者具有纤维结构，其中的热量传递是导热、对流换热、热辐射三种传热机理联合作用的综合过程。如果保温材料受潮，水分将替代孔隙中的空气，这样不仅水分的导热系数高于空气，而且对流换热强度大幅度增加，这样材料保温性能会急剧下降。 8、层流时的对流传热系数是否总是小于湍流时的对流传热系数?为什么? 答：（在入口段边界层厚度从零开始增厚，若采用短管，尽管处于层流工况，由于边界层较薄，对流换热系数可以大于紊流状况。） 9、对管内强迫对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体换热？ 答：采用短管，主要是利用流体在管内换热处于入口段温度边界层较薄，因而换热强的特点，即所谓的“入口效应”），从而强化换热。对于弯管，流体流经弯管时，由于离心力作用，在横截面上产生二次环流，增加了扰动，从而强化了传热。 10、写出辐射换热中两表面间的平均角系数的表达式，并说明其物理意义。 答：平均角系数X1,2= ，它表示A1表面发射出的辐射能中直接落到另一表面A2上的百分数。或者它表示离