哈工程传热学期终考试题答案B卷.doc

哈尔滨工程大学本科生考试试卷 （2012年秋季学期） 课程编号 课程名称：传热学（期终B） 一、（10分）如图1所示一个半径为mm的实心长圆柱体，具有均匀的内热源，导热系数。圆柱体处于温度为25的环境中，与周围环境间的表面传热系数为80。试求圆柱体外壁温度及圆柱体沿半径方向的温度分布；并求圆柱体内最高温度的位置和大小？ 图1 解：单位长度圆柱体外表面的散热量为： ==（1）（2分） 又由（1分） 则===150（1分） 圆柱体内的柱坐标导热微分方程为： （2）（2分） 边界条件为：，；，（1分） 对（2）式两边积分得，由边界条件1得（1分）；再积分一次得，由边界条件2得(1分)。 带入可得圆柱体中的温度场为： ==（1分） 当=0时，温度达到最高，最高温度为152.5（1分） 二、（10分）一水平放置的蒸汽管道，管长1.5m，保温层外径为400mm，壁温为50℃，周围空气的温度为10℃。计算蒸汽管道外壁面的对流散热损失。准则关联式： 表1 形状 流态 参数 数适用范围 C n 横圆柱 层流 过渡 湍流 0.48 0.0165 0.11 1/4 0.42 1/3 1.43×104~5.76×109 5.76×109~4.65×1010 4.65×1010 表2空气的热物理性质 /℃ /m2/s / W/(m·K) 20 15.06 0.0259 0.703 30 16.00 0.0267 0.701 40 16.96 0.0276 0.699 解： 特征温度为 （1分） （1分） （2分） 查表得 （2分） （2分） （2分） 三、（10分）一块平板宽为1m，长为1.5m，在10℃的空气中保持90℃，如果空气流过平板时，板的一面与空气的对流换热量为3.75kW，试确定空气的流速。准则关联式： 层流； 湍流 表3空气热物理性质 /℃ /m2/s / W/(m·K) 40 16.96 0.0276 0.699 50 17.95 0.0283 0.698 60 18.97 0.0290 0.696 解：定性温度 ℃ （1分） （1分） 假定处于层流 （2分） 紊流 （2分） 与假设不符，故处于紊流。 空气流速为： （2分） （2分） 四、（10分）两个相互平行的漫灰大表面，相距很近，两表面的发射率均为0.85。要使它们之间的辐射换热量减少为原来的1/10，在中间插入一块遮热板，该板的表面发射率必须不高于多少？在两表面温度分别为200℃和400℃的情况下，若用λ=0.05W/(m·K)的保温材料达到相同的目的，需要多厚保温层？ 解：（2分） 加了遮热板后，换热量为： （3分） 因此 解得：（1分） 若采用保温层的方式，则（3分） 代入数据，得（1分） 五、（10分）如附图2所示，已知一微元圆盘dA1与有限大圆盘A2（直径维D）相平行，两中心线之连线垂直于两圆盘，且长度为s。试计算Xd1,2 图2 答：由几何关系： （2分） 根据角系数定义式： （2分） 代入几何关系，整理得： （2分） 令： （1分） 则 （2分） （1分） 五、（10分）如图3所示一直径为20mm，表面温度＝2000K的热流计探头，用以测定一微小表面积的辐射热流，该表面温度为＝1000K。环境温度很低，因而对探头的影响可以忽略不计。因某些原因，探头只能安置在与表面法线成60°处，探头距地面l=0.5m。探头测得的热量为0.1W。表面是漫射的，而探头表面的吸收比可近似地取为1。试确定的发射率。的面积为。 图3 解：对探头： (2分) (2分) (1分) =m2 ；= (1分) 且 (1分) 则 (2分) 又因为 则求得：