传热学期终考试题答案A卷 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/23 17:29:49星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

哈尔滨工程大学本科生考试试卷

(2012年秋季学期)

课程编号:03050020 课程名称:传热学(期终A)

一、(10分)如图1所示的墙壁,其导热系数为??50W/(m?K),厚度为100mm,所处外界温度20℃,测得两侧外壁面温度均为100℃,外壁面与空气的表面传热

?,假设墙壁内进行系数为h为125W/(m2?K),壁内单位体积内热源生成热为??及墙壁厚度方向温度分布t(x)? 的是一维稳态导热,求?

图1

解:由于对称性只研究墙壁厚度的一半即可,导热微分方程为:

?d2t???0(1) (2分) 2dx?边界条件为:x?0,

dtdt?0;x?50mm,???h(tw?tf)(2) (1分) dxdx?dt?由(1)式积分得:??x?c1(3)

dx?由x?0处边界条件得c1?0(1分)

?2?x?c2(4)对(3)式积分得:t??(1分) 2?由x=50mm时,??dtdx?x=h(t?t)(1分) ?Φwfx?50?=h(t?t)/x=125?(100?20)/0.05=2?105(W/m3)(1分) 可得:Φwf

?2?C,由(4)式,x=50mm时,tw??(1分) x?c2=100。2?2?105C(1分)则得:c2?100C?, ?0.052=105。2?50。则壁厚方向温度分布:t(x)?105?2000x2 (1分)

二、(10分)为20℃的空气,以10m/s的速度纵向流过一块长200mm,温度60℃的平板。求离平板前沿50mm,100mm处的流动边界层和热边界层厚度。并求得平板与流体之间的换热量。(平板宽为1m)

表1空气的热物理性质 ?/ W/(m·K) Pr t/℃ ??106/m2/s 30 16.00 0.0267 0.701 40 16.96 0.0276 0.699 50 17.95 0.0283 0.698 准则关联式:Nu?0.664Re12Pr13 层流;Nu?(0.037Re45?871)Pr13 湍流 边界层厚度:

?x??5.0; 流动边界层与热边界层之比:?Pr13

?tRex解:定性温度 tf?(20?60)/2?40℃ (1分) Re?50mm处

?6??5?xu?5?16.96?10?0.0510?1.46?10?3mu?l10?0.25??1.?18 1 0层流 (1分) ?6v16.9?610?t??Pr?0.699??1.29?10?3m100mm处

?6??5?xu?5?16.96?10?0.110?2.06?10?3m1313 (2分)

?t??Pr?0.699??1.82?10?3m1313 (2分)

Nu?0.664RePrh?1/21/3?0.664??1.18?1051/2?0.6991/3?202.4 (2分)

?lNu?0.0276?202.4?27.9W/?m2?K? (1分) 0.20?.2?1?(60?20)W 2 2 3 . 5 (1分)

9 ??hA?tw?tf??27.?三、(10分)水以2m/s的流速流过长为8m的直管,入口温度为20℃,出口温

度为40℃,管内径d=20mm,求对流换热系数和平均管壁温度。

表2水的热物理性质

?/ W/(m·?/kg/m3 cp/ kJ/(kg·K) Pr t/℃ K) ??106/m2/s 20 1.006 0.599 7.02 998.2 4.183 30 0.805 0.618 5.42 995.7 4.174 40 0.659 0.635 4.31 992.2 4.174 50 0.556 0.648 3.54 988.1 4.174 解:定性温度 tf?(20?40)/?2℃ (1分) 3u?d2?0.02??49689 层流 (1分) v0.805?10?6.8.4.84e0P?r0.?023?409689?0.5.4 2528.43 Nu?0.0230R 2(分)

?Nu0.618?258.43??7985.4(W/m2?K) (2分) h? d0.02 由热量平衡得:

qmcp(t1''?t1')?h?dl?t (2分)

Re??t?qmcp(t1''?t1') 则:

0.02?2?995.7?4174?(40?20)?13℃4hl4?7985.4?8 设管壁平均温度为tw,则:

??h?dldu?cp(t1''?t1')?d2?ucp(t''1?t')1??4h?dl (1分)

tw?tf??t?30?13?43℃ , (1分)

四、(10分)如图2所示,半球表面是绝热的,底面一直径d=0.3m的圆盘被分

为1、2两部分。表面1为灰体,T1=550K,发射率ε1=0.6,表面2为温度T2=333K的黑体。

(1)计算角系数X3,(1?2),X1,2,X1,3,X2,3

(2)画出热网络图并计算表面1和表面2之间的换热量以及绝热面3的温度。

解:X(1?2),3图2

?1,根据角系数相对性,A1?2X(1?2),3?A3X3,(1?2)

可得X3,(1?2)?A1?2X(1?2),3A3根据对称性X1,3?X2,3,

?r2?1??0.5 (1分) 22?r根据角系数的可加性,

X3,(1?2)?X3,1?X3,2?0.5,所以可得X3,1?X3,2?0.25 根据角系数的相对性可得: