传热学期终考试题答案A卷资料.doc

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 （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）（4）=50mm时，（1分）==（1分）（4）=50mm时，=，（1分）=（1分） （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） 空气的热物理性质 /℃ /m2/s / W/(m·K) 30 16.00 0.0267 0.701 40 16.96 0.0276 0.699 50 17.95 0.0283 0.698 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) （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。 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） 、（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； （2分） , （1分） （2分） （1分） ∴ （1分） 、（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。 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）。） 解：先计算总传热量： 冷凝段：W（1分） 过冷段：W（1分） 水的定压比热容：J/(kg·K) 由冷凝段热平衡，有： 所以，得 ℃（1分） 冷凝段对数平均温差：℃（2分） 冷凝段换热面积为： m2（1分） 由过冷段