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2004传热学

一、 简答

1）什么是时间常数？试说明时间常数对动态温度测量精确度的影响。

2）什么是热边界层？什么是速度边界层？普朗特数的大小反映了速度边界层与热边界层怎样的关系？

3）粗略绘制大容器内饱和水在大气压力下沸腾的q—△t曲线，并注明各换热阶段的特点及临界热流密度的位置。

4）写出稳态强制对流换热的边界层能量方程，并说明各项的意义。

5）写出格拉晓夫数Gr的定义式，并说明Gr一般用于计算哪种形式的换热。

6）写出Bi数和Nu数的定义式，说明它们的物理意义，并比较两者的不同之处。

7）什么是灰体？在工程辐射换热计算中引入灰体的概念有何意义？

8）在圆管外表面假装肋片，就一定能够增强传热吗？为什么？

9）什么是角系数？对于非黑体之间的辐射，角系数成为纯几何量的条件是什么？

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10）对于室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的热量传递过程中，包含哪些传热环节？

二、一金属圆柱体直径为d=100mm，长度为l=50mm，密度为7800 kg/m3，比热为460 J/（kg·℃）。柱体初始温度为700℃。若τ≥0s时其下底面与温度为100℃的油一直保持接触，对流表面传热系数为h1=200 W/(m2

·K)，其余表面绝热；τ≥120s时上表面再同时与温度为20℃的空气保持接触，对流表面传热系数h2=40 W/(m2

·K)，而侧面仍维持绝热。假定圆柱体的导热热阻很小，同一瞬间圆柱体温度均匀一致，求： 1）τ=120s时圆柱体的温度； 2）τ=600s时圆柱体的温度； 3）热平衡时的圆柱体的温度。

三、一厚度为10mm，导热系数为50 W/(m·K)的不锈钢板两端维持固定温度50℃，已知钢板两端之间的距离为20cm，在垂直纸面方向很长。钢板上表面绝热，下表面有20℃的空气缓慢流动，对流表面传热系数为32 W/(m2·K)，试导出此钢板的导热微分方程，求解所导出的方程得出温度分布，并求出钢板中心的温度值。双曲线函数的一些数值：

x chx 0 1 0.4 1.08 0.8 1.34 1.6 2.58

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四、初温为30℃的水，以0.857kg/s的流量流经一套管式换热器的环形空间。水蒸汽在圆管内凝结，使内管外壁温度维持在100℃。换热器外壳绝缘良好。环形夹层内管外径为40mm，外管内径为60mm。试求把水加热到50℃所需要的套管长度以及在管子出口截面处的局部热流密度。 水的物性：λf=0.635W/(m·K)，ρf=992.2kg/m3，cp=4174J/(kg·K)，η

f=653.3×10-6kg/(m ·s)，νf

=0.659×10-6m2

/s， Prf=4.31，ηw=282.5×10-6

kg/(m·s)

计算公式：管内层流：Nu=1.86（RePrd）1?3fl（?）0.14

w管内湍流：Nu=0.027Re0.8

Pr13（?f?）0.14

w横向流过圆管：Nu=0.193Re0.618

Pr13

五、有一间壁式换热器，其换热面由薄壁紫铜做成。已知热流体侧换热系数为常数α，冷流体侧换热系数为2α。

1）顺流布置（上图左）时热流体的温度t1和冷流体的温度t2沿换热表面F的变化曲线如上图（中）所示，试在上图（中）画出壁面温度tw沿换热表面F的变化曲线。

2）如果顺流布置改为逆流布置，即将热流体的进、出口对换，其他条件不变，试在上图（右）中画出冷、热流体温度沿换热表面F的变化曲线。3）在逆流布置下，假设冷、热流体进口温度不变，而将冷流体的流量变为原来的2倍，试分析此时换热器的传热量Q、传热系数K、换热平均温差△tm和冷、热流体的出口温度如何变化。

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