传热学期终考A卷资料.docVIP

哈尔滨工程大学本科生考试试卷 （2012年秋季学期） 课程编号 课程名称：传热学（期终A） （10分）如图1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：，；，（2） （1分） 由(1)式积分得：（3） 由处边界条件得（1分） 对（3）式积分得：（4）（1分） 由=50mm时，（1分） 可得：==（1分） 由（4）式，=50mm时，=，（1分） 则得：=（1分）， 则壁厚方向温度分布： （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 /℃/m2/s/ W/(m·K)3016.000.02670.7014016.960.02760.6995017.950.02830.698准则关联式： 层流； 湍流 边界层厚度：； 流动边界层与热边界层之比： 解：定性温度 ℃ (1分) 层流 (1分) 50mm处 (2分) 100mm处 (2分) (2分) (1分) (1分) 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 /℃/m2/s/ W/(m·K)/kg/m3/ kJ/(kg·K)201.0060.5997.02998.24.183300.8050.6185.42995.74.174400.6590.6354.31992.24.174500.5560.6483.54988.14.174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） 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，，， （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2 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， 同理， （1分） 根据角系数的完整性 ，可得（1分） （2）热网络图为； Eb1 R1 J1 R12 R2 J2 R13 R23 J3 Eb2 （2分） , （1分） （2分） （1分） ∴ （1分） 五、（10分）已知如图所示微元面积与球缺。 求：从角系数的积分定义出发，计算到球缺内表面的角系数，并用两种极限情形来检查你所得到的公式的正确性。 图3 解：（3分） ，（2分） 代入上式得： （2分） = = （1分） 当时，应有，由上式确实得出此值； （1分） 当时，应有，由上式亦确实得出此值。 （1分） 六、（10分）用进口温度为12℃、质量流量kg/h的水冷却从分馏器中得到的80℃的饱和苯蒸汽。使用顺流换热器，冷凝段和过冷段的传热系数均为980W/(m2·K)。已知苯的汽化潜热J/kg，比热容1758 J/（kg·K）。试确定将质量流量3600kg/h的苯蒸汽凝结并过冷到40℃所需的冷凝段和过冷段传热面积分别为多少。（水的定压比容4183 J/（kg·K）。） 过冷段 冷凝段 t Ax 0 ℃ ℃