热动考研太原理工

太原理工大学2006年硕士研究生入学试 一、辨别题（10分，每题2分） 1、 稳态温度场的达式可写为： 。（(） 2、 导热系数是非稳态导热的特征量，导热系数是稳态导热的特征量。（√） 3、 相同的温差下，有相变的对流换热比无相变要消耗能量，所以有相变时的对流换热系数小于无相变时的对流换热系数。（(） 4、 灰体的特点可表示为：(=((=((=(=C。（√） 5、 消弱辐射换热的有效方法是加遮热板，遮热板表面的黑度应小一些为好。（√） 二、填空题（10分，每空1分） 1、物体的时间常数取决于：物理性质，（ 热容量 ） （ 对流换热系数 ）。 2、导温系数(描述了物体（ 传播温度变化 ）的能力。 3、流体流过弯曲管道或螺旋管时，对流换热系数会（ 增大 ），这是由于（ 流体边界层减薄对流换热热阻减小）。 4、两个彼此相似的物理现象，它们的（ 同名相似特征数 ）必定相等。 5、黑体的温度越高，其最大辐射力波长越（ 短 ），描述这一性质的物理定律叫（ 维恩 ）定律。 6、换热器传热计算有两种计算方法，计算时常用（平均温差）法，校核计算时常用（试算法）法。 三、名词解释（10分，每题2分） 1、临界热绝缘直径；在圆管外加保温层时散热量随外径的变化趋势发生变化的临界外径 2、边界层；固体表面附近流体速度或温度发生剧烈变化的薄层称为速度边界层（温度边界层） 3、肋化系数；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 4、角系数；表面1发出的辐射能落到表面2上的能量所占的百分数称为表面1对2的角系数 5、传热单元数（NTU）；NTU= 其分子KA表示传热温差维1K的热流量，分母为Cmin的流体温度1K所吸收或放出的热流量。它反映了换热器的初投资和运行费用。 四、简答题（60分，每题2分） 1、写出Bi，Nu，Re的表达式，简述其物理意义。 Bi的值反映物体内部导热热阻与外部传热热阻的相对大小；Nu反映对流换热的强弱；Re是流体惯性力和粘性力比值的度量。 2、某办公室中央空调系统维持室内恒温。人们注意到，尽管冬夏两季室内都是20℃，但感觉却不同。试解释此现象。 冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温更高，而冬季室外气温比室内低，因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。尽管冬夏两季室内空气温度都是20℃，但冬季人体与墙壁的辐射散热量比夏季高的多。 3、采用温度计套管测量气体温度时，辐射和导热会引起测温误差，请提出测温精度的。 ①加强测温管道附近管道的保温，并不使测温套管开口部分露出保温材料，使To增加，而| to-t∞| 减小。②采用足够长的测温套管，并尽量使其端部接近管道中心线。③选用热导率小的材料做测温套管 ④提高流体速度 4、写出如图所示的无内热源，具有对流边界的凹角的二维稳态导热问题中，节点（m，n）的节点方程。 ti，j-1+ti+1，j+2(ti-1j+ti，j+1)-(6+ t∞=0 5、一换热设备的工作条件是：壁温tw=120℃，加热tf=80的空气，空气流速u=0.5m/s。现采用缩小1/5的模型来研究其换热情况。在模型中亦对空气加热，空气温度tf(=10℃，壁温tw(=30℃。问模型中空气流速ul应为多大，才能保证模型与原设备中的换热现象相似。（空气有关物性如下列表） t℃ 20 40 60 80 100 120 ((106m2/s 15.06 16.96 18.97 21.09 23.13 25.45 Pr 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 解：要保证模型与原设备中的换热现象相似，则两种情况的Re相等，即 ；L1=5L2 (1=(2 所以 v1=0.3v2，v2=1.67m/s 6、当大气中三原子气体比例增加时，会出现所谓大气温室效应，是说明其原因。 因为大气中三原子气体对太阳辐射具有强烈的选择吸收性，以可见光的太阳能可以透过这些气体达到地球表面，而地球上一般温度下的物体所辐射的红外范围内的热辐射则大量被这些气体吸收，无法达到宇宙空间中，使得地球表面的温度逐渐升高。 7、当换热器采用加装肋片的方法增强传热时，肋片应加装在哪一侧？为什么？ 肋片应加装在表面热阻大的一侧，因为加装在表面热阻大的一侧可使总热阻减小值相对较大。 8、试逆流与顺流布置，管束的顺排与叉排布置的特点。并说明在具体换热器设计时如何选择流动形式与管束的排列方式。 逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，但逆流布置时热流体与冷流体的最高温度集中在换热器的同一侧，使得该处的壁问特别高。所以换热器应尽量布置成逆流，管束的顺排可使管外工质的流动阻力减小，便于吹灰，而叉排布置可使对流传热增强。 9、试绘出下列三种情况下，逆流时，冷热流体温度沿流体流动方向变化的曲线。（G：质量流量，C：比热容） （1）G1C1>G2C2 (2)G1C1dcr加保温层才能减小传热量起到保温的作用。 圆管外：（1）当管外径dcr时，加保温层能减小传热量，起到保温的作用。 3.为什么不凝结气体的存在会使膜状凝结换热恶化？ 答：因为凝结传热热阻Rc仅包括液膜热阻Rl还包括气相热阻Rg,使凝结热阻Rc大大增加，凝结传热系数大大减小；随着夜里的降低，温差也在不断的减小。蒸汽中含有不凝结气体，一方面降低汽液界面蒸汽分压力，从而减少了凝结换热的驱动力t=tW-tS。另一方面蒸汽在抵达液膜表面前，需通过扩散方式才能穿过不凝结气体层，从而增加了传热阻力。水蒸汽中质量分数占1的空气将使表面传热系数减小60。 4.如何判断两个物理现象相似？ 答：（1）两个现象相似，它们对应的同名相似特征数比相等，（2）凡同类现象单值性条件相似且同名已定相似特征数相等，则它们彼此相似。 5.试说明下列各式中哪些是正确的； (1)X(1+2),3=X1,3+X2,3 (2) X3,(1+2)=X3,1+X3,2 (3) A(1+2)X3,(1+2)=A1 X3,1+A2X3,2 (4) A(1+2)X(1+2),3=A1 X1,3+A2X2,3 (5) A3X(1+2),3=A3 X1,3+A2X2,3 答：（2）、（4），正确，因为符合角系数计算性质。 6.两块大平板中间放置第三块平板，可起到减少辐射换热的作用，故称第三块为遮热板。问：（1）遮热板的位置移动，不在正中间，遮热效果是否会影响着热效果？为什么？ （2）如果遮热板量表面的发射率不同，板的朝向是否会影响遮热效果？为什么？ 答：（1）和（2）都不会减小辐射作用，因为热流量和热阻都不会发生改变。 7.简述为什么间壁式换热器冷、热流体的流动常采用逆流为主，顺流为附的方式。 答：因为在相同进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，逆流布置正是利用了温差大，热流量大的优点，而采用顺流为附是因为顺流时温度均匀，热流量小，但安全性好。 五、计算题。 1.一根直径为3mm铜导线，没米长的电阻为2.22×103Ω，导线外包有1mm厚，导热系数为0.15w/m℃的绝缘层，限定绝缘层的最高工作温度为65℃，最低工作温度为0℃，试确定在此条件下，导线中允许通过的最大电流？ 已知：L=3mm,R=2.22×103Ω,δ=1mm, λ=0.15w/m℃, t1=65℃, t2=0℃ 试求：I? 解： I=28.8A 答：导线中允许通过的最大电流是28.8A 2.水以1.2m/s的平均流速流过内径为20mm的长直管。如果： （1）管子壁温为75℃，水从20℃加热到70℃； （2）管子壁温为15℃，水从70℃冷却到20℃， 试计算两种情况下的对流换热系数，并讨论造成差别的原因。（不考虑温度修正） （45℃时，λ=0.6415 w/m℃，ν=0.6075×106 m2/s，Pr=3.925） 已知：V=1.2m/s,R=20mm, 45℃时，λ=0.6415 w/m℃，ν=0.6075×106 m2/s，Pr=3.925 试求：两种情况下的对流换热系数？ 解： ℃ 3.两个平行放置的无限大平板1和2，表面温度、黑度分别为t1=300℃，t2=100℃；1=0.5，2=0.8，在板1、2之间插入导线系数极大的遮热板3。当板3的A侧面向板1时，板3的平均温度为279℃；而当板3的B侧面向板1时，其平均温度为139℃。试求板3两侧的黑度？ 已知：t1=300℃，t2=100℃；1=0.5，2=0.8 试求：板3两侧的黑度？ 解： 代入数据 答：板3黑度为0.96 2.5 太原理工大学2007年攻读硕士研究生入学试题 1 辨析题。 1.在非稳态导热过程中，导温系数决定着物体内的温度分布。（×） 2.厚度为2δ的无限大平板，半径为R的无限长圆柱，在δ=R的条件下，两者加热或冷却到指定温度的速度相同。（×） 3.物体的时间常数取决于本身的物理性质和表面换热状况。（√） 4.普朗特准则pr反映了流体物性对对流换热的影响。（√） 5.凝结换热时，如果蒸汽中含有不凝结气体，则易形成珠状凝结，可使凝结换热强度增强。（×） 6.流体分别在较长的粗管和细管内作强制对流换热，如果流速等条件相同，则粗管内的对流换热系数大。（×） 7.根据黑体辐射基本定律中的兰贝特定律可知，漫射体的定向辐射强度和定向辐射力均与方向有关。（×） 8.物体的黑度取决于本身的物理性质和表面性质。（×） 9.气体的辐射和吸收均具有光带效应。（√） 10.在相同的进出口温度条件下，逆流的平均温差小于顺流的平均温差。（×） 二、填空题。 1.（热导率）是稳态导热的特征量，（导温系数）是非稳态导热的特征量。 2.两个彼此相似的物理现象，它们的（同名相似特征数）必定相等。 3.流体流过弯曲管道或螺旋管时，对流换热系数会（增加），这是由于（有离心力的作用）。 4.流体与固体壁面发生对流换热时，流体由于具有（粘滞性）的性质，在近壁面处形成边界层。边界层中流体流态的判别依据是（雷诺数）的大小。 5.实际物体的吸收率取决于吸收物体的（本身情况）和投入辐射的特性，而灰体的吸收率只取决于（本身情况）于（外界情况）无关。 6.削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，遮热板表面的黑度应（小）一些为好。 三、简答题。 1.写出Bi,Nu,Re,Pr的表达式，简述其物理意义。 答：Bi=固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比（注意：为固体的导热系数）。 怒塞尔数Nu 壁面上液体的无量纲时间，表征过程进行的深度。 雷诺数Re=惯性力与粘性力之比的一种度量。 普朗特数Pr= 动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一度量 3.什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否能起保温作用？为什么？ 答：散热量为最大值的条件为dcr=这个称为临界热绝缘直径记为dcr（λ为保温层热导率，为外表面传热系数）。 平壁外：>dcr加保温层才能减小传热量起到保温的作用。 圆管外：（1）当管外径dcr时，加保温层能减小传热量，起到保温的作用。 4.某办公室由中央空调系统维持室内恒温。人们注意到，尽管冬夏两季室内问都是20℃，但感觉却不同？试解释此现象。 答：因为办公室内的中央空调系统维持室内的恒温，办公室是个封闭的范围，尽管户外是冬夏两季，人们总是在20℃的恒温环境下工作，所以感觉会截然不同。 5.大气中的二氧化碳含量增加，为什么会导致地球温度升高？ 答：CO2有三个光带都在远红外范围，它的存在对太阳辐射影响不大，它具有很高的穿 力，而地球表面的长波又穿透不出去，所以导致地球温度升高。 6.试说明下列各式中哪些是正确的； (1)X(1+2),3=X1,3+X2,3 (2) X3,(1+2)=X3,1+X3,2 (3) A(1+2)X3,(1+2)=A1 X3,1+A2X3,2 (4) A(1+2)X(1+2),3=A1 X1,3+A2X2,3 (5) A3X(1+2),3=A3 X1,3+A2X2,3 答：（2）、（4），正确，因为符合角系数计算性质。 7.试分析逆流与顺流布置，管束顺排与叉排布置的特点。并说明在具体换热器设计时如何选择流动形式与管束的排列方式。为什么？ 答：顺排易形成管子后部有滞止区，表面系数小，但易于清洗。叉排使流体在管间道内 体的扰动大大加剧，换热增强，。 逆流换热器一般具有较高的对数平均温差，且可以更有效地使热流体冷却或使冷流 加热，但逆流的缺点是冷热流体各自的最高温度位于换热器的同一侧，对流换热设备的材料提出了较高要求。顺流换热器虽然传热温差较小，但有时却有意布置成顺流或在高温区布置顺流，在低温区布置成逆流，以避免冷热流体的最高温度在同一侧。 8.当换热器采用加装片的方法增强换热时，肋片应加装在哪一侧？为什么? 答：肋片应加在热阻大的一侧效果好，因为传热壁两侧的热阻相差越大，在热阻大的一侧加肋而产生的强化传热的效果显著。 9.采用温度计套管测量气体温度时，辐射和导热会引起测温误差，请提出提高测温精度的措施。 答：(1)加强测温套管附近管道的保温，并不使测温套管开口部分露出保温材料。(2)采用足够长的测温套管，并尽量使其端部接近管道中心线。(3)选用热导率小的材料做测温套管。(4)在强度允许的情况下，尽量采用薄壁套管（P/A增加）。(5)提高流体速度，增加对流传热系数，并注意不使测温套管端部处于流动死角（涡流区等）。 四、计算题。 1.一条供热管道长500m，架空敷设，管道内径为70mm，管道内热水与外部空气的总传热系数为1.8 W/(m2·℃),流量为1000kg/h,比热为4186J/kg·k，若热水入口温度为110℃，空气温度为-5℃，求热水出口温度。 已知：L=500m,R=70mm,λ=1.8 W/(m2·℃),G=1000kg/h,c=4186J/kg·k，t1=110℃，t=-5℃ 试求：热水出口温度？ 解：=qmCpt1=kAt2 设热水出口温度 ℃ 答：热水出口温度为85.5℃。 2一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.2210 -3，导线外包有厚１mm，导热系数为0.15W/(m·℃)的绝缘层。绝缘层的最高工作温度为65℃，环境温度为0℃，空气与绝缘层表面的对流换热系数为20W/(m2·℃)，试确定在此条件下，导线中允许通过最大电流。 已知：L=3mm,R=2.22×103Ω,δ=1mm, λ=0.15w/m℃, t1=65℃, t2=0℃ 试求：I 解： I=28.8A 答：导线中允许通过的最大电流是28.8A。 3.用一裸露的热电偶测烟道内的烟气流速，其指示值为280℃，已知烟道壁面温度为250℃，热电偶的表面黑度为0.9，烟道壁面与烟气的对流换热系数为100 W/(m2·℃)，求烟气的实际温度，若烟气的实际温度为317℃，热电偶的指示值为多少？ 已知： t1=280℃，ε=0.9，h=100 W/(m2·℃), tf=317℃ 试求：热电偶的指示值为多少？ 解： ℃ ℃ (x m，n+1 m+1,n m，n m-1,n m，n-1 (y (f，tf t A A t A t _1302873908.unknown _1303216557.unknown _1303217526.unknown _1303218880.unknown _1306420058.unknown _1306420100.unknown _1306420219.unknown _1306420087.unknown _1303219060.unknown _1303219191.unknown _1303218589.unknown _1303218732.unknown _1303217672.unknown _1303217475.unknown _1303217510.unknown _1303216944.unknown _1303215931.unknown _1303216241.unknown _1303216521.unknown _1303216152.unknown _1303215623.unknown _1303215764.unknown _1303215459.unknown _1303215234.unknown _1302870352.unknown _1302871827.unknown _1302872129.unknown _1302870411.unknown _1302869885.unknown _1302870284.unknown _1299349527.unknown