传热学上海理工大学硕士研究生入学考试试题

2004年上海理工大学硕士研究生入学考试试题

考试科目： 传热学 准考证号： 得分：

一、 问答题(每题5分)

1. 一无内热源平板沿厚度x方向发生一维稳态导热，其一侧表面上的温度梯度

=30 ℃/m，导热系数λ1=40W/(m.℃)，如果其另一侧表面上的导热系数λ=50W/(m.℃)，问这一侧表面上的温度梯度是多少?

2

2. 解释毕渥准则数Bi的物理含义，并说明为什么用Bi判别非稳态导热问题能否采用集总参数法求解。

3. 图1.1示出了常物性、有均匀内热源

、二维稳态导热问题局部边界区域

的网格配置，试用元体平衡法建立节点0关于温度t的有限差分方程式（设

，所需参数的符号自己设定）。

4. 当条件相同时，物体在空气中冷却快还是在水中冷却快？这一现象说明对流换热与什么因素相关？

5. 试用简图表示流体沿平板流动时速度边界层的发展并说明速度边界层内分成哪些区域？

6. 试解释普朗特数Pr的物理意义,并示意性的画出Pr>1时的速度边界层和热边界层厚度沿板长的变化(速度边界层和热边界层要画在同一图上以便比较)。 7. 说明温度附面层的概念及附面层能量微分方程在物理上忽略了哪部分换热。 8. 在应用管内旺盛紊流实验关联式

壁面温差较大时需要对计算结果修正，为什么?

9. 试说明为什么一个细长圆柱水平放置时自然对流换热一般大于竖直放置时的自然对流换热？

10.在稳定膜态沸腾过程中，为什么换热系数随

增加而迅速上升？

时，当流体与换热

11.试说明大气中CO2含量增高为什么会出现大气温室效应？ 二、 计算题

1. （10分）一直径为5cm的钢球，其初始温度为500℃，突然被置于温度为

30℃的空气中。设钢球表面与周围环境的对流换热系数为10 W/m℃，试计算钢球非稳态导热的时间常数及其被冷却到300℃所需的时间。已知钢球的比热为c=0.48kJ/kg℃, ρ=7753kg/m, λ=33W/m℃。

2. （20分）长10m、外径133mm的水平管道通过一大房间，房间壁面及其内

的空气温度均为30℃。若管道表面温度为90℃、黑度为0.9，求管道的散热量（自然对流换热的努塞尔特数用下式计算

）。

3

2

3. （22分）如图2所示为一半径R=1m的半球，球冠3绝热。底面1和2的

温度分别为500℃和100℃，黑度都为0.9，求底面1和2间的辐射散热量。

4. （23分）温度为95℃的热空气流经一内径100mm、厚度6mm的圆管，管

壁导热系数为22 W/m℃。管外环境温度为30℃，管外壁与环境的总换热系数为10 W/m℃。若管内空气质量流量为407kg/h，求管出口空气温度降低到65℃时的管长(不需考虑修正)。 三、 理论题

1. （8分）一厚度为2δ的无内热源薄平板，其导热系数和初始温度分别为

λ和t0，突然被插在温度为tf的流体中。平板表面与流体的换热系数为h，给出问题的完整数学描述。

2. （12分）绕流平板换热的附面层积分方程为：

2

平板温度为tW，来流速度和温度分别为u? 和t?，若Pr<<1，可以忽略速

度附面层而取流速u=u?，求：（1）用附面层积分方程写出绕流平板换热的数学描述；（2）若温度函数取为一次多项式，求温度附面层厚度?t的计算式。

空气热物性表

温度 (t) ℃ 60 70 80 密度 (ρ) kg/m 3比热 (cP) kJ/kg℃ 1.005 1.009 1.009 导热系数 (λ×10) W/m℃ 2.90 2.96 3.05 2黏度 (ν×10) m/s 26Pr 1.060 1.029 1.000 18.97 20.02 21.09 0.696 0.694 0.692

传热学课程考试题

学 校 系 别 考试时间 150分钟 专业班号 考试日期 年 月 日 姓 名 学号

简 答 题 题 号 得 分

1 2 3 4 5 6 1 计 算 题 2 3 总 分 一、问答题 (42分，每小题7分)

1． 图1示出了常物性、有均匀内热源 ? 、二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置，试用热平衡法建立节点0的有限差分方程式（设?x??y）。 2． 蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种不同的凝结形式？产生不同凝结形式的原因是什么？

3． 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光（黄、绿、蓝等）的光谱发射率高”。你认为这种说法正确吗？为什么？

4． 一块厚度为2?(???x??)的大平板，与温度为tf的流体处于热平衡。当时间

??0时，左侧流体温度升高并保持为恒定温度2tf。假定平板两侧表面传热系

?3?1?y?x4?02h,t?图1 数相同，当Bi?h??0时，试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温

?度，画出相应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。

5． 有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？ 6． 强化空气－水换热器传热的主要途径有哪些，请列出任意三种途径？

二、计算题 (58分)

1．(18分) 一块大平板，厚度??5cm，有内热源?，平板中的一维稳态温度分布为t?b?cx2，式中b?200oC，c??200K/m2。假定平板的导热系数??50W/(m?K)，试确定：

（1） 平板中内热源?之值；

（2） x?0和x??边界处的热流密度。

2．(15分) 有一圆柱体，如图2所示，表面1温度T1?550K，发射率?1?0.8，表面2温度T2?275K，发射率?2?0.4，圆柱面3为绝热表面，角系数X3,1?0.308。

??10.3mt3'1冷却 水 \t1\t220.6m图2

t\2饱和蒸气

ps?3.61?105Pa图3

求：（1）表面1的净辐射损失；（2）绝热面3的温度。

3．(25分) 为了得到热水，0.361 MPa (ts=140℃) 的水蒸气在管外凝结（如图3所示），其表面传热系数ho?9500W/(m2?K)。冷却水在盘管内流动，流速为

0.8m/s，黄铜管外径为18mm，壁厚为1.5mm，导热系数为??132W/(m?K)，盘管

的弯曲半径为90mm。冷水进换热器时的温度为25oC，加热到95oC。试求所需的换热面积及盘管长度。不计管内入口效应修正及温差修正。 附注：

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