传热12年期终试题A卷答案.docVIP

传热学12年秋季期终考试题答案 一、（10分）如1图所示的墙壁，其导热系数为，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系数为为125，壁内单位体积内热源生成热为，假设墙壁内进行的是一维稳态导热，求及墙壁厚度方向温度分布？ 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： （1） （2分） 边界条件为：，；，100℃， （2） （1分） 由(1)式积分得：（3） 由处边界条件得 （1分） 对（3）（4）=50mm时， （1分）== （1分）（4）=50mm时，=， （1分）= （1分） （1分） 二、（10分）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＝20mm1） 表1水的热物理性质 /℃ /m2/s / W/(m·K) /kg/m3 / kJ/(kg·K) 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 ℃ （1分） 层流 （1分） （2分） （2分） 由热量平衡得： （2分） 则： （1分） 设管壁平均温度为，则： ℃ ， （1分） ，其中C，n参见表3） 表2空气的热物理性质 /℃ /m2/s / W/(m·K) 20 15.06 0.0259 0.703 30 16.00 0.0267 0.701 40 16.96 0.0276 0.699 表3横圆柱自然对流准则关联式C，n参照表 形状 流态 参数 数适用范围 C n 横圆柱 层流 过渡 湍流 0.48 0.0165 0.11 1/4 0.42 1/3 1.43×104~5.76×109 5.76×109~4.65×1010 4.65×1010 解： 特征温度为 （1分） （1分） （2分） 查表得 （2分） （2分） （2分） 四、（10分）20mm，表面温度＝2000K的热流计探头，用以测定一微小表面积的辐射热流，该表面温度为＝1000K。环境温度很低，因而对探头的影响可以忽略不计。因某些原因，探头只能安置在与表面法线成60°处，探头距地面l=0.5m。探头测得的热量为0.1W。表面是漫射的，而探头表面的吸收比可近似地取为1。试确定的发射率。的面积为。 图2 解：对探头： (2分) (2分) =m2 ；= (1分) 且 (1分) 则 (2分) 又因为 (1分) 则求得： (1分) 五、（10分）如图所示，半球表面是绝热的，底面一直径d=0.3m的圆盘分为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，，， （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。 图3 解：,根据角系数相对性， 可得 （1分） 根据对称性， 根据角系数的可加性， ，所以可得 根据角系数的相对性可得： ，可得 根据角系数的完整性 ，可得 （1分） （2）热网络图为； （2分） ， （分） （1分） （2分）