2012.9传热试题答案2.docVIP

一、计算题 1、某平板节点划分如图所示，各网格边长均为m。导热系数W/m℃，左、右、上边温度均为40℃，下边与℃，W/m℃的流体进行对流换热。试写出节点的热平衡方程式，并求1、2、3的节点温度 解：节点1： 此题中为： 节点2： 此题中为： 节点3： 此题中为： 由此 解得℃，℃，℃ 2、21 解：以长度为L的导线为例，通电后生成的热量为I2RL。所生成的热量，一部分通过绝缘层以导热方式传递到大气中，另一部分热量则用于导线温度的升高。 导热热量 (2) 温度的升高所需要的热量 (3)根据能量守恒定律有： (4)当时，导线处于最高温度。于是，，即 4、初温为250C的热电偶被置于温度为2500C的气流中，设热电偶节点可以近似看成球形，要使其时间常数，问热节点的直径为多大？忽略热电偶引线的影响，且热节点与气流间的表面传热系数为h=300W/(m2K)，热节点材料的物性参数为：导热系数为20W/(m·K)，kg/m3，J/kgk如果气流与热节点间存在着辐射换热，且保持热电偶时间常数不变，则对所需热节点直径大小有和影响？ 解： （1）由于热电偶的直径较小，一般满足集总参数条件，时间常数为 ,m 故热电偶直径：mm 验证毕渥数Bi是否满足集总参数法： 满足集总参数法条件。 （2）若热节点与气流间存在辐射换热，则总的表面传热系数h（包括对流和辐射）将增加，由知，要保持不变，可以使增加，即热节点的直径增加。 3、（10分）已知：一直管内径为16cm，流体流速为1.5m/s，平均温度为10℃，换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于10℃，流体被加热。 求：试比较当流体分别为氟利昂134a及水时对流换热表面传热系数的相对大小。（10℃下水及R134a的物性参数各为： R134a：；；. 水：；；.） 解： 对R134a： （4分） 对水： （4分） 对此情形，R134a的对流换热系数仅为水的38.2%。 (2分) 4、（10分）为20℃的空气，以10m/s的速度纵向流过一块长200mm，温度60℃的平板。求离平板前沿50mm,100mm处的流动边界层和热边界层厚度。并求得平板与流体之间的换热量。（平板宽为1mm） （40℃的空气物性参数为： ） 解： 层流 (1分) 50mm处 (2分) 100mm处 (2分) (4分) (1分) 5、块遮热板后，辐射换热量将减小到无遮热板时的。假设各板均为漫灰表面，且发射率相同，皆为，板的面积皆为A。 证明：(1)无遮热板时 对两个无限长的平板来说，所以 (2)有块遮热板时 所以 （15分）质量流量为的变压器油在螺旋盘管中流过，油温从被冷却至，其比定压热容。进口温度为的冷水在盘管外流动用来冷却变压器油。出口处水温，水的比定压热容。水侧表面传热系数为，油侧表面传热系数为。钢盘管的导热系数为，污垢热阻总共为。若盘管的直径为，管的外径壁厚为。求螺旋盘管的最小长度、盘数与水的质量流量。 解：传热量 （2） 水的质量流量 （2） 需计算最小换热面积，应采用逆流流动，故 （3） 则满足： （3） 满足： （2） 盘管长 （2） 总盘数 盘 （1） 7、时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？同一种物体导热过程中的时间常数是不是不变的？ 答：时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，从中不难看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相连。因此，同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的。 8、试分析不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。 （提示：少量不凝结气体的存在就将使凝结换热系数减小，可从换热热阻增加和蒸汽饱和温度两方面加以阐述）（1）含不凝结气体的凝结时在液膜表面会逐渐聚起不凝性气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加；（2）随着蒸汽的凝结，液膜表面气体分压力增大，使凝结气体分压力降低，液膜表面蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差。 9、为什么电厂凝汽器中，水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热？ 提示：可以从以下3个方面加以阐述：(1)在电厂凝汽器中，水蒸气在管壁上凝结，凝结换热系数约为4500—18000W／(m2．K)，对流换热量很大；(2)水蒸气与壁