西安交通大学.doc
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1、西 安 交 通 大 学(九七年)一 简答题(四十分)任选四题1. 为什么太阳能集热器的受热面都采用黑色表面,而房间内的暖气片没有涂黑色的?2. 将一个裸露的热电偶伸入锅炉炉膛中测量高温烟气的温度,炉膛四周有水冷壁管,你认为热电偶测的温度与烟气的真实温度相比是偏高还是偏低?为什么?怎样才能减小测量的温差?3. 如图所示,一截面尺寸为510cm的长柱子,三个侧面温度均维持均匀恒定为30,另外一边与温度为的流体之间有=10w/() 的对流换热。试用数值计算方法粗略估计截面中心点处的温度值。钢的导热系数网格的划分如图所示。10cm5cm3030d2第3题图示4. 如图所示,有一块矩形薄冰块,垂直吊在房
2、间内,过了一段时间后表层的冰融化,试在图中绘出这时冰块的厚度沿高度的变化(假设自然对流的流态为层流),并简述理由。第4题图示5. 一台氟利昂冷凝器,氟利昂蒸汽在光管外冷凝,冷却水在管内流动,为了强化这一传热过程,从光管改为低肋管。现又采用管外与管内均有强化措施的双侧强化管,试分析其原因。二,计算题(每小题15分)1. 一台运行时间较长结有污垢的换热器,其进口温度为120,出口油温为80,油流量为730kg/h,油的比热容为2123J/(kg),冷却水为逆流,流量是1100kg/h,比热容为4174 J/(kg),进口水温为20,换热器的换热面积为2 .对该换热器进行清洗后,去除了污垢,这时在冷
3、热流体的流量,比热容及进口温度均不变的情况下,油的出口温度从80降到60,试问改换热器清洗以后,传热系数提高了多少?原污垢热阻有多少?2. 初温为10的水以1.6m/s的速度流入外径为2.6mm,壁厚3mm,以1.5mm的管子.管子外表面均匀地缠绕在电阻带作为加热器,其外包有绝热层(导热系数=0.20w/(m),设加热器总功率为20kw,通过绝热层向外的散热损失为1%,试确定(1)管子出口处的平均水温;(2)管子表面的平均壁温(管壁的热阻忽略不计);(3)若忽略电阻带缠绕层的厚度及其热阻,为防止绝热层的温度不超过30,问绝热层应包多厚?(计算管内对流换热系数时可忽略温差修正)水的物性取值为:
4、,), ,=0.59w/(m), =80343. 截面为矩形(6mm150mm)的很长的铜母线,处于空气中其表面换热系数为7w/().要求母线稳定工作时的温度与环境温度之差不超过35,铜母线的导热系数为390 w/(m),电阻率为1.37 ,试确定该母线的长度方向上可通过的最大电流。(忽略管端面的散热)窄端面窄端面电流I6第3题图示4. 空气在管径为600mm,长度为1.06m,表面黑度为0.9的管道内流过,为了加热空气,在管道轴中心放置长度与管道相同外径为30mm,表面黑度为0.5的电阻加热器。当其消耗功率为117w时,电阻加热器外表面温度为177,管道内表面温度为5,空气与加热器表面之间的
5、对流换热系数为17 w/()(管道两端开口处逸出的辐射能忽略不计)试计算:(1)稳态条件下空气在管道中的平均温度; (2)若电阻加热器外壳材料的质量为1.0kg,比热容为420j/(kg),在电阻加热器突然停止加热的瞬时,其表面温度随时间的变化率(假设在一瞬时加热器各点温度均匀一致)西安交通大学(九九年)(一)(7分)试用图及文字简述流体掠过平板试速度边界层的形成与发展,并说明当流体与平板间有热量交换时,局部换热系数沿板长的变化。(二)(10分)对图1所示的二维导热区,其内有均匀的内热源Q () ,一个边界绝热,另一个边界与温度为 的液体发生对流换热,换热系数为,试列出节点1和节点2的离散方程
6、式。绝热1234576Xy(三)(8分)以下几种叙述是否正确?为什么?应如何叙述才正确?(1)只要在壁面上敷设保温层,就有减少散热量的作用。(2)在壁面上加肋就有增强传热的明显效果。(3)在两平行平板之间插入一薄金属板就可以使两板间的辐射换热量减少一半。(4)物体的辐射力与其绝对温度的四次方成正比。(四)(10分)以下两题选作一题:第一题:采用在水中筋膜一可调电压的细钢管电加热器的方法,是大容器中的水沸腾,但在使用过程中频频发生电加热器被烧断的事故,请你提出一个防止电加热器钢管被烧断的功率调节方案,并说明理由。第二题:试简述影响膜状凝结换热的主要因素,并阐明理由。(五)(15分)以下两题选作一
7、题:第一题:将物性为常量的各向同性材料置于一直角坐标系中,在非稳态的情况下,材料内热源强度为Q () 时的导热微分方程式为:(1)试证明:由此材料做成的一后为(m)的无限大平壁,其内热源强度为Q (),且两侧表面温度分别维持为均匀稳定的 和 时,导热系数为,壁内温度分布的表示式为(2)若(1)问中各参数分别为=40mm,=90,=50,Q=3000 (),材料的导热系数为 2 ,试计算有平壁低温侧单位表面积上散出的热量。第二题:轴承厂在生产轴承滚珠时的一道工序是将成型的滚珠在加热炉中将其温度加热均匀的温度 ,然后投入温度为 的低温液体中冷却,以增加滚珠表面的硬度。若已知滚珠材料的导热系数为45
8、 w/m k,其余物性也为常量,滚珠在液体中冷却时,表面与液体间的平均换热系数为450 。(1) 试写出直径为6mm的滚珠在冷却过程中的能量方程式;(2) 试画出直径为40mm,的滚珠在冷却过程中表面及中心温度随时间变化的示意图,并加以说明。球的体积= 面积= (六)(25分)如图2所示的一很长的三角形通道,三角形边长均为1mm,已知各表面的参数为:=727,=0.33,=427, =0.5 , =0.8。试计算: (1)单位通道长度上,表面1的静辐射热量。 (2)绝热表面3的温度。 (3)如果改变绝热表面3的黑度,对以上两计算结果的影响如何?图2213(绝热)(七)(25分)一同心套管式换热
9、器,内管为直径100mm的薄壁管,利用废气将流量为3kg/s的水从30 加热至80 ,废气温度则由225 降至100 ,水在内管的管内流动,废气在内外管间流动。废气与内管外表面之间的换热系数为220 。若换热器无散热损失,试计算两流体按逆流体布置时换热器所需的长度。水的物性可取为:, ,(管内强制对流换热实验关联式:紊流:层流:西安交通大学2000年硕士研究生入学考试传热学试题一、(40分)简明扼要地回答下列问题(1)有两根材料不同,厚度均为的等截面直肋A和B,处于相同的换热环境逐中,肋基的温度均为肋端绝热,它们的表面均被温度为,对流表面传热系数h为常数的流体所冷却,且,测得材料A和B内的温度
10、分布如图所示,试分析材料A和B的导热系数的大小。题1(1)附图(2)试述强化管内流体对流换热常采用的方法,并简述理由。(3)在工业用换热器中,有的将肋片装在圆管内表面,圆管外表面为光管;有的换热器刚好相 反,为什么?举例说明。(4)简述遮热罩削弱辐射换热的基本思想。(5)在漫灰固体表面间辐射换热计算时,往往给出的是材料表面的发射率(黑度),若要知 道该材料的吸收比,此时依据什么可获得吸收比的值。二、计算题(每题20分,共60分)(1)初温为,质量为1kg/s的水流经一外管内径为60mm,内管外径为40mm的偏心套管 换热器的环形空间偏心度S为5mm。如图2所示。内管内为水蒸气凝结,使内管外表面
11、壁温维持 在,换热器外壳绝热良好。试确定把水加热到时所需套管长度。(不考虑大温 差修正) 附注:1,管槽内强制对流换热实验关联式 层流: 紊流: 加热流体时 冷却流体时2,饱和水的热物理性质:40 992.2 4.174 63.5 653.3 4.31 50 988.1 4.174 64.8 549.4 3.54 60 983.1 4.179 65.9 469.4 2.99 2)温度为,总质量流量为的热油被分配到两台换热器中加热冷水。进口温度为,质量流量为的冷水串联流过二台换热器,最后被热油加热到,第一台为逆流换热器,其将热油冷却到,并在第一台换热器后引出质量流量为,温度为的水作其他使用。第二
12、台为顺流式,试求二台换热器的面积和第二台换热器的出口油温。已知:水的比热容,油的比热容为,两台换热器的总换热系数k均为。(3)外径为,长度为的水蒸气输送管道,水平置于空气温度为,墙壁表面平均温度为的大房间中,管道采用水泥珍珠岩保温,其导热系数为。管内水蒸气平均温度为,由接触式温度计测得保温层的外表面平均温度为 ,表面发射率(黑度)为0.9,若忽略管壁的导热热阻,试确定保温层的厚度。 附注:1,干空气的热物理性质()20 1.205 1.005 2.59 15.06 0.703 40 1.128 1.005 2.76 16.96 0.699 60 1.060 1.005 2.90 18.97 0
13、.696 2,水平圆柱外自然对流换热实验关联试:西安交通大学2000年攻读硕士生入学考试试题一(40分)简明扼要地回答下列问题1有两根 材料不同,原料均为2的等截面直肋A和B,处于相同的换热环境中,肋基温度均为to,肋端绝热。他们的表面均被温度为t,对流换热系数a为常数的流体所冷却,且 。现测得材料A和B的温度分布如图1所示,试分析材料A和B导热系数的大小。2试述强化管内流体对流常采用的方法,并简述理由。3在工业用换热器中,有的将肋片装在圆管的内表面,圆管外表面为光管,有的换热器厕相反。为什么?举例说明。4简述遮热罩消弱辐射换热的基本思想。5在漫灰体表面间辐射换热计算时,往往给出的材料表面的发
14、射率(黑度)E.若要知道该材料的吸收率a,此时依据什么可获得吸收率a的值。二计算题(每小题 20分 共60分)1 初温为40,质量流量为1 Kg/s的水流经一外管径d2为60mm ,内管径d1为40mm的偏心套管换热器的环行空间,偏心度s为5 mm。如图2所示。内管内为水蒸汽凝结,使内管外表面壁维持在100,换热器外壳绝热良好。试确定把水加热到60时需套管的 长度(不考虑大温差修正)。附注:(1)管槽内强制对流换热实验关系式 层流: Nuf=1.86(Ref.Prf.d/l)(1/2)(uf/uw)0.14 湍流:Nuf=0.023Ref0.8.Prfn加热流体时n=0.4; 冷却流体时n=0
15、.3.图2(1) 饱和水的物理性质 t*102W/(m.k)Kg/m3*106Pa.sCpKj/(kg.k)Pr4063.5992.2653.34.1744.3150998.1549.44.1743.5460983.1469.94.1792.992温度为140,总质量流量为3.5 Kg/s的热油被分配到两台换热器中加热冷水。进口温度为25 ,质量流量为2 Kg/s的冷水串联流过二台换热器。最后被热油加热到75。第一台为逆流式换热器,其将热油冷却到90,并在第一台换热器后引出质量流量为0.8 Kg/s,温度为50的水作其他使用。第二台换热器为顺流式,试求二台换热器的面积和第二台换热器的出口油温。
16、已知:水的比热容Cp2=417 Kj/(kg. ),油的比热容Cp1=2100 Kj/(kg. )。两台换热器的总传热系数k均为400W/(m. )3.外径为159mm,长度为2m的水蒸气输送管道。水平置于空气温度为20 ,墙壁表面平均温度为22 的大房间中,管道采用水泥珍珠岩保温。其导热系数为入=0.0651+0.000105t W/(m. ).管内水蒸气平均温度为370 ,由接触式温度计测得保温层外表面温度为60,表面发射率(黑度)为0.9,若忽略管壁的导热热阻,试确定保温层的厚度。 附注:(1)干空气的热物理性质(p=1.013*105pa)t入*102W/(m.k)Kg/m3 v*10
17、6M3/sCpKj/(kg.k)Pr202.591.20515.061.0050.703402.761.12816.961.0050.699602.901.06018.971.0050.696(2)水平圆柱的自然对流换热实验关联式Num=0.53(Gr.Pr)m(1/4), (Gr.Pr)=104-109Num=0.10(Gr.Pr)m(1/3), (Gr.Pr)4.56*109西安交通大学2001年攻读硕士生入学考试一, 简答题(人选五题,共40分)1 有一个二维,稳态,无内热源的导热体,边界条件如图1中边界节点(I,j)的离散方程。设x,y方向的网格各自均分。2 强制对流换热的强弱取决于贴
18、壁处流体的温度梯度,为什么流体的速度大小还会影响其换热强度?3 对于热流密度可控的沸腾换热情形,试说明控制热流密度小于临界热流密度的意义,并列举一个工程应用实例进行分析。4 判断下列说法是否正确,并简述其理由。(1) 辐射换热只有在高温下才起作用,所以在计算蒸汽管道的散热中只需要考虑自然对流换热引起的散热损失。(2) 润滑油在管内作强制对流时,油侧换热一般处于管内层流充分发展段。5 在两块平行板之间,放入一块极薄的发射率E=1的平板,这样就没有反射辐射,试问能否起到遮热作用?为什么?如果在该两块平行板之间放入一块极薄的发射率E=0的平板,遮热效果又会怎样?6 有一台冷油器,热油内被管内的冷却水
19、冷却,某工程师想增强该冷油器的传热性能,拟采用外螺纹管(低肋管)代替光管和提高管内水流的方案。试对这一方案的可行性作出评价。二, 计算提(共60分) 1.一台干静的套式冷油器,油以0.2kg/s的质量流量在直径为13mm的薄壁管中流动,进 ,出口温度分别为177和65。冷却水在同心套管中与油逆向流动,进 ,出口温度分别为10和40。套管内径为22mm,套管外壳绝热。已知油侧的表面传热系数为1000w(m2k),水的物性参数见表1。试确定套管内水的平均流速机管长。假定不考虑由于温度及弯管所引起的修正。附表1 饱和水的物性参数t*102W/(m.k)Kg/m3*106Pa.sCpKj/(kg.k)
20、Pr1057.4999.713064.1919.522059.9998.210044.1837.023061.8995.7801.54.1745.424063.5992.2653.34.1744.31 管槽内强制对流实验关系式:(1)层流:Nuf=1.86(Ref.Prf .d/l)(1/3)(f/f)(0.14) (2) 湍流:Nuf=0.023Ref(0.8)Prfn( 加热流体时n=0.4; 冷却流体时n=0.3)2.一块初始温度为 to, 单侧表面积为A的无限大平板,一侧表面突然围t,表面传热系数为h的气流冷却,另一侧受恒定热流密度qw的加热。假定平板内部热阻可以忽略不计,且物性参数积
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