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2010高等传热学标准答案

合肥工业大学机械与汽车

工程学院研究生考试试卷 课程名称 高等传热学 考试日期 2011-12-30 姓名 年级 班

级 学号 得分 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 共 4 页 第 1 页 本试卷共5题，每题20分 一、厚度为50mm的无限大平壁在稳态时壁内温度分布为t=100-10000x2，平壁材料的导热系数为40W/()，试计算： 壁内单位体积内热源生成热； 平壁中心面、两外表面的热流密度及这三个热流密度与内热

源生成热之间的关系。 2?d2t?d????t??40??2?104?8?105W/m3 ?0求得?解：根据2??dxdx2??(2)q???dt??40??2?104x?8?105

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x dx??装订线平壁中心面：x=0，q=0；中心面是对称面； 左外表面：x=-25mm，q=-2×104W/m2 右外表面：x=25mm, q=2×104W/m2 2d????t，所以q???dt???dx???x 因为：?2?dxdx0x二、用热电偶测量气流的温度，热电偶结点看成圆球，若气流和热电偶结点间的对流表面换热系数 h=400W/m2K，定压比热容cp=400J/(),密度ρ=8500kg/m3 (1) 若时间常数为1s，求热电偶结点的直径； (2) 若将初始温度为25℃，时间常数为1s的热电偶放入200℃的气流中，热电偶结点温度达到199℃需要多少时间？ (3) 若环境温度为25℃的大空间，热电偶结点的发射率为，忽略热电偶的导热损失，热电偶测得的气流温度为195℃，求气流的实际温度。 解：时间常数： 4?cpV?cpR3?c????1hA3hh?4?R23h?c3?400?1R???? ?cp8500?400?cp?R3D?2R???hA???exp???可得 ???0?cVp??????cpVhAln?8500?400??200??ln? ?03?40025?200 考虑到辐射影

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响，且结点表面积远小于周边环境的表

面积，结点与环境间辐射换热： 44?1??A?Ebw?Ebo???A?Tw?T0 ??结点与气流间对流换热： ?2?hA?tf?tw? 稳态时二者相等：?A?Tw?T0?44??hA?tf?tw? tf?tw????Th4w?T04???10?8?273?195?4??273?25?4?200℃ ?195?400??三、某一矩形烟道，截面积800mm×700mm，烟道长20m，烟道内壁保持tw=70℃恒温，现有tf=230℃的烟气流过该烟道，质量流量为qm=/s，试计 算烟气出口温度。 ?6烟气物性：cp=/(kg.℃); ρ=/m3，??/(m℃)，v?27?10m2/s，Pr=。 通道内换热计算式：Nuf?对于恒定壁温的管内流动有： tf?x??tf?0?hPx??，其中P为截面周长，h为对流换热系数，流体平均温度tf??tf?x??tf?0??。 tf?twqmcp解：此题属于管内流动问题，取当量直径做特征长度： Ac=×= p=2×=3m de=4Ac/p=4×/3= u=qm/=/(*)=/s

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