吉林大学2013-2014《传热学B》期末考试试题及答案Word格式.doc

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2、是属于第二类边界条件。

（√）

3、无限大平板的非稳态导热过程中与、和有关。

4、流体外掠平板过程的分析解法依据的控制方程有质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律和换热微分方程。

5、有限空间自然对流换热中空间的几何参数对换热效果影响较小。

（×

6、黑体辐射力是定向辐射强度的倍。

三、实验题（10分）

1、《稳态平板法测定绝热材料的导热系数》实验中如何判定实验工况达到稳定状态？

实验中需要测试什么参数？

实验装置中为什么要布置辅助加热器？

解：

当各点的温度不再随时间变化时实验工况达到稳定状态。

　　3分

实验中需要测试加热功率、试件热面温度、试件冷面温度。

　　　3分

布置辅助加热器后可以实现沿试件厚度方向的一维导热。

　　　　4分

四、简答题（每小题5分，共20分）

1、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？

答：

热水到管内壁为对流传热，管内壁到外壁为导热，管外壁到室内为对流传热及辐射传热。

2、写出直角坐标系中导热微分方程的一般表达式，它是根据什么原理建立起来的？

能量守恒定律和傅里叶定律

3、试说明Bi数的物理意义，Bi→0和Bi→∞各代表什么样的换热条件？

Bi数表征固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比，Bi→0代表固体内部温度趋于一致，Bi→∞代表壁温保持恒定的第一类边界条件

4、实际物体的发射率ε与其吸收比α从影响因素上看有何区别？

实际物体的发射率ε取决于物质种类、表面温度和表面状况，这表明发射率只与发射辐射物体本身有关，不涉及外界条件。

吸收比α除了受上述自身情况影响以外，还与投入辐射的特性有着密切关系，与投入辐射的波长分布及空间分布有关。

五、计算题（每题10分，共50分）

1、有两块同样材料的平板A及B，A的厚度为B的两倍，从同一高温炉中取出置于冷流体中淬火。

流体与各表面间的表面传热系数均可视为无限大。

已经板B中心点的过余温度下降到初值的一半需要21min，问A板达到同样的温度工况需多少时间？

已知流体与两板表面传热系数h→∞，且板的材料相同，则导热系数λ、热扩散率a相同。

设板B的半厚为δ，则板A的半厚为2δ。

板A中心点参数=∞→=0=

板B中心点参数=∞→=0=　　　4分

可推断　　　　　　　　　　　3分

又

可得=4×

21=84min　　　　　　　　　　　3分

2、有一墙体表面温度为400℃，在其表面覆盖两层保温层进行保温。

已知贴壁保温层厚1cm，导热系数为0.2W/m.K，外侧保温层厚3cm，导热系数为0.06W/m.K。

保温层外表面与环境之间的表面传热系数为60W/m2.K，环境温度为15℃。

计算通过单位面积墙体产生的散热损失。

解法一：

原题可转化为两层平壁稳态导热情况。

已知t1=400℃，δ1=1cm，δ2=3cm，λ1=0.22W/m.K，λ2=0.06W/m.K

h=60W/m2.℃，tf=15℃

通过两层平壁单位面积的导热量为

（1）　　　4分

全部导热量通过对流传热散失到环境中，故

（2）　　　　4分

联立两式，得t3=26.3℃q=679.4W/m2　　　　　　　　　　　　　　2分

解法二：

以墙体表面温度与环境温度作为温差进行考察，则有

总热阻m2.K/W

W/m2

3、水以1.5m/s的平均速度流经内径为16mm，长度为2m的直管。

水入口温度为20℃，出口温度为30℃。

假定管壁与水温差小于中等温差，且水被加热。

计算：

（1）表面传热系数；

（2）管内壁的平均温度。

水的物性参数如下：

t/℃

Pr

20

998.2

4183

0.599

1.006

7.02

30

995.7

4174

0.618

0.805

5.42

水的定性温度tf=25℃，通过查表可得

W/（m.K），，Pr=6.22

已知管壁与水小于中等温差，又，流动满足迪图斯公式参数范围。

（1），水被加热，故n取0.4。

　　　　　5分

（2）水在管内的吸热量等于水与管壁内表面的对流换热量

将已知条件代入上式

　　5分

4、实验测得2500K钨丝的法向光谱发射率如图所示。

设钨丝表面为漫射表面，试计算：

（1）辐射力；

（2）发光效率。

黑体辐射函数表

1000

0.00032

4800

0.60753

1300

0.00432

5000

0.6341

1600

0.01972

5200

0.65794

1900

0.05210

5400

0.68033

（1）计算平均发射率

=

=

根据已知条件2×

10-6×

2500=5000μm.K，查得Fb（0-2）=0.6341

计算可得平均发射率ε=0.45×

0.6341+0.1×

（1-0.6341）=0.322

辐射力E=εEb=0.322×

5.67×

10-8×

（2500）4=7.13×

105W/m2

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5分

（2）取可见光的波长范围为0.38-0.76μm，则950μm.K，1900μm.K

查得Fb（0-0.38）=0.0003，Fb（0-0.76）=0.0521

可见光范围内发出的辐射能为

=（0.0521-0.0003）×

0.45×

（2500）4=5.16×

104W/m2

则发光效率为=0.0727=7.27%　　　　　　　　　　　　　　　　　5分

5、有一小球，直径为3cm，其表面温度维持在1000K，表面发射率为0.6。

将其置于直径为9cm，内外表面发射率均为0.3的大球体内，大球壁厚可忽略不计。

将大球置于温度为300K的房间内。

计算当大球表面温度恒定时，小球表面的热损失。

已知小球d1=3cm，ε1=0.6，T1=1000K，

大球d2=9cm，ε2=0.3，房间T3=300K

设大球表面温度为T2

根据题意，大球内表面与小球间的辐射传热量等于外表面与房间的辐射传热量。

小球与大球之间的辐射传热量为

（1）　　3分

大球与房间的辐射传热量为

（2）　　3分

=

上式中，A1=πd12=π×

32=28.27cm2A2=πd22=π×

92=254.47cm2

X1,2=1ε1=0.6ε2=0.3

Eb1==5.67×

10004=5.67×

104W/m2

Eb3==5.67×

3004=459.3W/m2

解得Eb2=9530.43W/m2或T2=640.3K小球表面热损失=69.2W　　4分

考虑1、3表面之间的全部辐射热阻，可得

5分

房间与大球体相比为大空间小物体特征，即分母第6项按零处理。

其中，X1,2=1X2,3=1ε1=0.6ε2=0.3

A1=πd12=π×

92=254.47cm2

代入公式中，可得

=69.2W5分

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