浙大研究生传热学2003--2008试题答案资料11951.pdf
浙江大学 2003 年考研试题答案 一、填空 1.（1）表征了物体内部温度扯平的能力、传递温度变化的能力（2）单位sm/2（3）普朗特数Pr 2.（4）自身辐射（5）反射辐射 3.4.（7）管子直径 （8）5.（9）表示管道（10）流体 6.（11）表示内部导热热阻与表面对流换热热阻n1的比值（12）表示壁面上无量纲温度梯度的大小 7.（13）减小 （14）不变 8.（15）液膜层导热 （16）9.（17）方向 （18）光谱吸收比 10.（19）传热单元数 （20）21maxtttt 二、简答题 1.见课本第四版 P320 2.见课本第四版 P61 温度计套管与其四周环境之间发生着三种方式的热量传递。从套管顶端向根部的导热。从管道内流体向套管外表面的对流换热。从套管外表面向管道壁面的辐射换热。稳态时，套管从管道内流体获得的热量正好等于套管向管道壁面的导热及辐射换热之和。因次套管的壁面温度必低于管道内流体的温度。mHchmHchttttHffH00 式中：Ht为套管顶端壁面温度，ft为管道内流体温度。从温度计套管的一维导热物理过程来看，可以画出如图所示的热阻定性分析图（图略）图中t为管道外的环境温度，3R代表管道外侧与环境间的换热热阻，1R、2R分别代表套管顶端与管道内流体的换热热阻及顶端与根部间的导热热阻。显然：要减小测温误差，应使Ht尽量接近ft，即应尽量减小1R而增大2R及3R。另一方面，由上式可看出，要减少H，应增加mHch，即增加 mH，以减小0的值。可以采用以下方法：选用导热系数较小的材料作套管（增大2R）；尽量增加套管的高度并减小壁厚（增大2R）；强化套管与流体间的换热（减小1R）；在管道外侧包以保温材料（增加3R）。3.不对，相变换热，两者相同。4.辐射 对流 浙江大学 2004 年考研试题答案 一、填空题 1.能量守恒定律，傅里叶定律，xtxtPc 2.KmW/1.0 65 3.升高 4.1,222,11XAXA，1,11,13,12,11,1ininXXXXX 5.黑体 波长 6.普朗特数，动量扩散能力与热量扩散能力的一种量度 7.变大 变小 8.临界热流密度maxq 9.21maxtttt，换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比 10.11.1059.278s 二、简答题 1.2.3.入口段的热边界层较薄，局部表面传热系数比充分发展段的高，且沿着主流方向逐渐降低。4.保温瓶夹层抽真空；测流体导热系数时，上部加热处于高温下部处于低温，使测量更加准确；双层保温玻璃。浙江大学 2005 年考研试题答案 一、填空 1.（1）aPr （2）动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一种度量 2.（3）叉排 （4）顺排 3.（5）温压小（6）传热强 4.（7）湍流 （8）特征长度 5.（9）光谱吸收比与波长无关 6.（10）把表面 1 发出的辐射能中落到表面 2 上的百分数称为表面 1对表面 2 的角系数 7.（11）光谱辐射强度在吸收性气体中传播时按指数规律衰减 8.（12）固体内部导热热阻与其界面上换热热阻 （13）固体的导热系数 9.（14）实际散热量与假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量（15）0 10.（16）二维、稳态、无内热源的边界层能量 （17）热扩散率 11.（18）BA 12.（19）顺流 （20）025.010181110RRR 14.（21）逆流 15.（22）平均温差法（23）效能传热单元数法 二、简答题 1.固体壁面附近流体温度急剧变化的薄层称为热边界层。对流换热的热阻大小主要取决于紧靠壁面附近的流体流动状况，这一区域中速度和温度变化最剧烈，是强化对流换热的主要“突破口”。流动边界层在壁面上的发展过程显示出，在边界层内也会出现层流和湍流两类流动状态，湍流边界层的主体核心虽处于湍流流动状态，但紧靠壁面处粘滞应力仍占主导地位，致使贴附于壁面的一极薄层内仍保持层流性质，这个极薄层称为湍流边界层的层流底层。因此在边界层中，无论是层流还是湍流，其流动速度都由零变化到主流速度。尤其是紧靠壁面边界层底部，几乎是静止的，完全是靠导热来换热，换热量小，故强化换热时应破坏边界层，使边界层变薄，减小换热热阻，增加换热量。2.3.气体：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。气体的温度越高，其分子的运动动能越大，不同能量水平的分子相互碰撞的结果，使热量从高温处传到低温处。导电固体：导电固体中有相当多的自由电子，它们在晶格之间像气体分子那样运动，自由电子的运动在导电固体的导热中起着主要作用。非导电固体：非导电固体导热是通过晶格结构的振动，即原子分子在其平衡位置附近的振动来实现的。液体：液体的导热认为介于气体和固体之间。4.集总参数法：当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，固体内部的温度趋于一致，以致可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下，这时所要求解的温度仅是时间的一元函数而与坐标无关，这种忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集总参数法。条件：物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面换热系数极低。计算时1.0B i。5.高效隔热材料要求尽可能的增大热阻，采用多孔结构或多层隔热屏结构，其孔中和隔热屏之间充满气体。由于气体在孔中和屏间是静止的，仅存在导热的传热方式且气体的导热系数小于固体，所以增加了隔热材料的热阻。三、计算题 1.解：（1）248411/612.56962732901067.5mWTEb 248422/026.154932734501067.5mWTEb 11,2X 211256.14.014.3mdA 222628.02.014.3mdA 21221.22111122,1/128.2895628.05.05.011628.01256.18.08.01612.5696026.15493111mWAXAAEEbb（2）浙江大学 2006 年考研试题答案 一、填空题 1.21 2.自然对流换热 3.pc、4.mHmHthf 5.WK/103 6.珠状凝结 膜状凝结 7.动量扩散能力与热量扩散能力 流动边界层和热量边界层 8.WK/100 9.气体辐射对波长有选择性，气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的 10.不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动 11.临界热流密度maxq 12.相对性 完整性 可加性 13.当反射表面的不平整尺寸大于投入辐射的波长时，形成漫反射。14.黑体辐射对应于最大光谱辐射力的波长m与温度 T 之间存在着如下的关系：KmTm3109.2 15.流体的导热系数，特征长度 二、简答题 1.凝汽器中温度远远低于 600，辐射传热量极少，可以忽略不计。而在炉膛内烟气温度高于 600，辐射能力很强，所以必须考虑辐射换热。2.3.人体热量传递给水银过程中存在热阻，达到平衡状态即由非稳态到稳态导热需要一定的时间。方法：采用热容小的玻璃并减小玻璃厚度。4.在阴天，云层阻挡了物体向低温太空的热辐射并反射回地面，并且云层反射地面辐射，物体温度较高，不易结霜；而晴天没有云层，物体直接向太空辐射能量，且无反射的地面辐射，所以温度降低，容易结霜。5.测量过程中热接点与流道存在辐射换热，致使测得温度偏低。采用套管抽气式可减少热接点的辐射传热量，增大气流的对流传热表面传热系数，提高测量精度。三、计算题 1.解：（1）KmWhhK221/8.101111（2）未结垢时，每米管长WtKA84.293150450072.08.101 设外壁温度 t，则：8.79111111111AhttAhttAhtff 结垢后 2解：catlgaGrvPr,23 3549Pr1.47 10(10,10)mmg tlGr 则：38.101047.153.0Pr53.025.0525.0mmGrNu 又知hlNu ，KmWlNuh22/39.12.01067.238.10 WltdlhthA19.2615452.014.339.1 3.浙江大学 2007 年传热学试题答案 一、填空 1.12 2.固体的导热系数，特征长度，固体内部导热热阻与其界面上换热热阻 3.11,21RA X 4.光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体 5.22ttax 6.规定了边界上任何时刻的温度值；规定了边界上任何时刻的热流密度值为零；规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数 h及周围流体的温度ft 7.，8.在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。物质导热本领的大小 9.112 10.入口段效应 11.大 12.361.247 1.005 1014.16 10Pr0.7070.0251ca 13.自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、稳定膜态沸腾 14.2011110.025/810RmK WRR 15.mmtt 逆 二、简答题 1.换热器中应用肋片主要目的是强化换热和降低换热器壁温，当换热器一侧的热阻较大时，应对热阻较大一侧进行强化换热，而加装肋片是一种较为有效的方法。当换热器热流体一侧的传热系数较大而热阻较大时，加装肋片强化换热后，可降低壁温。换热器管内单相流时，加装肋片后，还可以减薄或破坏边界层，以增加流体的扰动，强化换热器传热。2.3.散热量为最大值时的直径 002dh 称为临界热绝缘直径。在圆管外加保温层，既可能使散热量减少，也可能使散热量增加。这是因为保温层的加入一方面使导热热阻增加，另一方面可使对流热阻减少。若外直径为 id 的圆管外包以绝热层使直径为0d（0idd），圆管外表面温度为wit，绝缘层表面外侧流体温度和表面传热系数分别为0ft和0h。则0000()11ln2wifittdldh d 从上式可以看出：保温层的加厚（即0d增大）一方面使导热热阻01ln2cdidRd增加，另一方面使对流热阻001cvRh d减小。可以证明，当0()0ddd即02crh dBi时，达到极值点。即以crd为分界点，如圆管外径小于crd时，随着直径0d的增加，散热量增加；若圆管外径大于crd，则散热量随0d增加而减小。直径crd即称为临界热绝缘直径。4.hlNu Prva Reulv pca 由管内及管外强迫对流换热的实验关联式：Re PrmnNuc 知 Re Prmnhcl 1mnnmpmmm nn mnpculvlvaculvlvccluvc 其中、v、pc为流体的物性参数；由上式知：对流换热系数 h 随流体密度和比热pc的增加而减小；对流换热系数 h 随流体导热系数的增加而增加；当 mn 时，n-m0，对流换热系数 h 随运动粘度的增加而减小；当 m0，对流换热系数 h 随运动粘度的增加而增加。5.三、计算题 1.解：由热平衡方程：11112222()()ppqcttq ctt 其中下角标“1”表示机油温度，“2”表示水的温度。20.1 2131(10060)0.24178(30)t 2524835.6(30)t 240.2t 换热量 1111()0.1 2131(10060)8524pqcttJ 对数平均温差：maxmin1212max12min12()()lnlnmttttttttttttt (10040.2)(6030)59.83010040.259.8lnln603030 29.843.20.68981 传热系数k，机油的换热系数1h 210105.56 0.13817.05/()0.045h DNuNuhWmKD 水的换热系数：0.80.40.023RePrNu 662725 100.7294 10/994ums 2112244 0.20.41/43.14 0.025994iiDqqvvm sD 460.41 0.025Re1.406 100.7294 10ivD 40.80.40.023(1.406 10)(4.85)90.02Nu 22290.020.6252250.46/()0.025iih DNuNuhWmKD 总传热系数：2121116.92/()111117.052250.46kWmKhh 由传热方程：2852411.6616.9243.2mmkA tAmk t 由11.66148.543.14 0.025iiAADllmD 2.解：毕渥数320 0.5 100.000250.140hDBi 因此系统可以看成集总参数系统。时间常数：332340.5 108900 20003274.1670.5 1020 4 3.142pcc VshA 由式：0exptthAttc 98 100expexp20 10074.167c 得 273.6s 需要 273.6s。热电偶的时间常数是说明热电偶对流体温度变动响应快慢的指标。时间常数越小，热电偶越能迅速反映出流体温度的变动，即时间常数升温时间减小。时间常数取决于热电偶的几何参数 VA，物理性质,c，换热系数 h。热电偶对流体温度变化的反应快慢取决于其自身的热容量cv及表面换热条件hA。热容量越小，温度变化越快，表面换热条件越好（hA 越大），单位时间内传递热量越多，则升温时间越少。3.解：忽略外界通过窥视孔射入的辐射能时 22222,221bJEJ X 2222,221bEJ X 12,22,1211AXXA 即：22212221bEJAA 由于 211222,112212/A AJJ A XAJJA A 448112225.67 104272732.401 10/bETW m 1111222123122220.8 2.401 102.401 102 10140.81 0.80.44bEJJAA 2113112.401 102 10753909.34J AW 小孔的发射率 12211122221bbJJAEEA 2320.82 1040.81 0.80.440.999996875 4444112427273272730.9999968755.67100100TT 13154.36W 浙江大学 2008 年传热学试题答案 一、填空 1.2.32rgatlGrv 3rgatlRaav 3.旺盛湍流 4.固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为热边界层。5.39.8 34.1 6.减小 增大 7.流体流动的起因，流体有无相变，流体的流动状态，换热表面几何因素，流体的物理性质 8.RePrNu 9.tqgradtnx ，q 指热流密度，指导热系数，gradt 是空间某点的温度梯度，n是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向。10.0 11.实际散热量与假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量之比。12.忽略物体内部导热热阻的简化分析方法，应用条件：0.1Bi 13.单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的全部波长范围内的能量称为辐射力。从黑体单位可见面积发射出去的落到空间任意方向单位立体角中的能量，称为定向辐射强度。14.1450K/1177 15.表面 1 发出的辐射能中落到表面 2 的百分数称为表面 1 对表面 2的角系数。相对性、完整性、可加性 二、简答题 1.图略 自然对流区：壁面过热度较小，壁面上没有气泡产生，传热属于自然对流工况。核态沸腾区：当加热壁面的过热度4t，壁面上个别地点开始产生气泡，汽化核心产生的气泡彼此互不干扰，随着t进一步增加，汽化核心增加，气泡相互影响，并会合成气块及气柱，气泡的扰动剧烈，传热系数和热流密度都急剧增大。核态沸腾有温压小、传热强的特点。过渡沸腾区：从峰值点进一步提高t，热流密度不仅不随t的升高而升高，反而会越来越低。膜态沸腾区：从minq起，传热规律再次发生转折，这时加热面上已形成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规则地排离膜层，q 随t的增加而增大。2.瓶身与环境有辐射散热，瓶盖有热传导散热。采用双层结构，夹层抽真空并且夹层两面涂了发射率极低的银，减少了辐射散热及热传导，瓶盖采用导热率较低的木质材料，减少热传导散热。3.顺流布置的型式。若采用逆流型式，冷热流体的高温段集中在换热器一端，会出现较高壁温，形成较大的温度应力，不利于安全。4.0Bi 表示平壁内部热阻与表面热阻之比趋向于 0，可认为物体内部各部分温度时刻保持一致，可采用集中参数法求解。Bi 表示平壁表面对流换热热阻几乎可以忽略，因而过程一开始平板的表面温度就达到环境温度。图略。5.太阳能热水器涂层 遮热板 锅炉水冷壁涂层 三、计算题 1.解：max11/()8/fuu SSdm s 43568 0.025Re1.25 10(10,2 10)16.0 10ful 又知1250/238SS，则 0.2120.35(/)cSS，0.6n，空气属气体，m 取 0 则 0.20.60.36120.35(/)RePr1fffNuSS 0.240.60.36500.35()(1.25 10)0.70138 93.44 又知 hlNu，93.440.026799.790.025Nuhl 225 12 3.140.025 1.535.33An dlm 则 5204099.79 35.33(120)3.17 102hA tW 2.解：20.63 0.0030.0060.110.353hlBi，可采用集总参数法 242()1.48 104dAdlm 2731.06 104dVlm 则 0exptthAttcV，120s 86.9t 提高精度采取的措施：进一步减小水银泡体积，采用遮热罩抽气式测温。3.解：辐射等效网络图如图所示，墙壁为重辐射面。（图略）由1,21,31XX 2,12,31XX 可知1,30.85X 2,30.85X 211111 0.30.1170.3 20mA 211,2110.33320 0.15mA X 222211 0.50.050.5 20mA 11,322,311,2111eqRA XA XA X 11,322,311,2211,322,311,2()1022.7637eqA XA XA XRmA XA XA X 则 2112112211bbeqEERAA 又 44110202735.67417.88100100bTEcW 44220502735.67617.15100100bTEcW 计算可得，68.08W 则天花板对地面的辐射传热量为 68.08W。
