《传热学B》期末考试试题及答案

吉林大学汽车工程学院本科课程考试答案

考试课程与试卷类型：传热学B B 卷 学年学期：1314-2 考试时间：2014-5-28

一、 选择题（每小题2分，共14分） 1、 下面材料中哪种材料的导热系数最小（ ）

A. 铜

B.铁

C.瓷砖

D.硅藻土砖 2、 肋片高度增加，则肋效率（

）

A.增加

B.不变

C.减小

D.先增加后减小 3、 Fo 与时间的关系是（ ） A.正比 B.反比 C.无关 D.不确定 4、 Pr 1，贝U （

）

A.速度边界层厚度大于热边界层厚度

B.速度边界层厚度等于热边界层厚度

C.速度边界层厚度小于热边界层厚度

D.不确定

5、 下列哪个不是物性参数（

）

A. 导热系数

B.对流换热表面传热系数

C.热扩散系数

D.普朗特数

6、 下列那种说法错误（ ）

A 黑体辐射函数是个百分数 B. 黑体辐射函数值最大是1

C. 波长为零时，黑体辐射函数也为零

D. 黑体辐射函数与黑体温度无关

7、 大空间小物体辐射换热过程中的辐射换热量的大小与哪个物体的表面发射率有关？ （

）

A.大空间

B.小物体

C.大空间和小物体

D.不确定

二、 判断题（每小题1分，共6分） 1、 传热系数和导热系数单位相同。（X ） — =0是属于第二类边界条件。（V ）

2、

姓名: 学号：

：

n w

x

3、无限大平板的非稳态导热过程中

m

与Bi 、Fo 和-有关。（V ） e 6

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。（V ）

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。 （X ）

6、 黑体辐射力是定向辐射强度的 二倍。（V ）

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？

答：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 —c 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&与其吸收比a 从影响因素上看有何区别？

答：实际物体的发射率&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a 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。

答:

2

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?

设板B 的半厚为则板A 的半厚为2 2、有一墙体表面温度为400C ，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0.06 W/m.K 。保温层外表面与环境 之间的表面传热系数为60 W/m 2. K ，环境温度为15C 。计算通过单位面积墙体产生的散热损 失。 解:

解法 原题可转化为两层平壁稳态导热情况。 已知

t 1=400°C, a =1cm , 3=3cm , Z0.22W/m.K , M0.06W/m.K

2

h=60 W/m C, t f =15C

通过两层平壁单位面积的导热量为

全部导热量通过对流传热散失到环境中，故 q=h(t 3~t f )

联立两式，得 t 3=26.3C

q=679.4W/m 2

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

解：已知流体与两板表面传热系数 h fx,且板的材料相同,

则导热系数入热扩散率a 相同

板A 中心点参数

B iA

2h

、.

=XT -=0

B iA

板B 中心点参数

—=0

B iB

日 mB =

1

^QB 2

可推断

a .B

可得

.A

= 4. B =4 >2 仁84min

(1)

4 分

(2) 4 分 2分

B iB

F OA

2 4

、

a A

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20C ，出口 温度为30C 。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/ C

P

C

P

vx106

m / s

Pr

kg /m 3

J/(kg K)

W/(m K)

20 998.2 4183 0.599 1.006 7.02 30

995.7

4174

0.618

0.805

5.42

解:

水的定性温度 t f =25°C,

通过查表可得

人=0.6085 W/ (m.K ), v = 0.9055 汉 10 “m 2

/ s , Pr=6.22

匸=996.95kg/m 3, C p = 4178.5J/(kg K)

已知管壁与水小于中等温差，又l/d =125 60，流动满足迪图斯公式参数范围 (1) Nu =0.023 Re 0'8

Pr n

，水被加热，故 n 取 0.4。

Nu =0.023Re 0" Pr 0.4

=0.023 (2.65 104)0.8

6.220.4

= 165.16

h =(Nu )/d =(165.16 0.6085) / 0.01^6281.2W/(m 2 K)

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

:二 hA(t w

“)二 q m C p (t f -t f )

总热阻

0.01

0.2 0 03

1

2

003

?丄 0.57m .K/W

0.06 60

400 -15 0.57

2

二 679.4

Re

ud 1.5 0.016 0.9055 10

4

= 2.65 10

R

则发光效率为

E

=0.0727=7.27%

E

将已知条件代入上式

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。

根据已知条件 人T =2X 10-6X 2500=5000r p .K ，查得 F b (o-2)=O.6341

计算可得平均发射率 F 0.45 >0.6341+0.1 ( 1-0.6341) =0.322

辐射力

E= ￡ b =0.322 5.67 10-8^2500)4=7.13 105W/m 2

5分

(2) 取可见光的波长范围为 0.38-0.76 pm ，贝U ■ 1T =950g.K , ■ 2T =1900pm.K

查得 F b(0-0.38)=0.0003, F b(0-0.76)=0.0521 可见光范围内发出的辐射能为

■8

4

4

2

AE =E (0.38M6)= (0.0521-0.0003) 0.45 5.67 10 人2500) =5.16 10 W/m

2

::

0 ()Ebd

2 (')Ebd

2 0

Ebd

2

Ebd

E b

=

G A

匚

2

E b

E E b =；，1F

b(0J2)

(1 - F b

(o 2

))

■:d

(t f -t f )

h 二 dl

t f

41785

996.95「5 OX (30

_2°)

44.9。

6281.2 4 2

ZT / 4m.K F b(0

弐

扎T/Pm.K

F b(0

也

1000 0.00032 4800 0.60753 1300 0.00432 5000 0.6341 1600

0.01972 5200 0.65794 1900 0.05210

5400

0.68033

黑体辐射函数表

解:

(1)计算平均发射率

0 12 3 4

O0

A/mn

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

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。 解： 已知 小球 d i =3cm ， a =0.6, T i =1000K ，

大球

d 2=9cm , 2=0.3，房间 T 3=300K

设大球表面温度为T 2

解法一：

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。

上式中，A 1= n d = nX 32=28.27cm 2

A 2= n 22= n>92=254.47cm 2

X 1,2=1

0=0.6

2=0.3

4

-8

4

4 2

E b1=o T 14

=5.67 X 0 X1000 =5.67 >10 W/m

4

?8

4 2

E b3= ；「T 34

=5.67 X 08

X 3004=459.3W/m 2

解法二：考虑1、3表面之间的全部辐射热阻，可得

E b1 - E b3

1,3

1

1

A 1 A 1 X

1, 2

- 2

A 2

A 2X 2 ,3

小球与大球之间的辐射传热量为

匕,2

E bi - E b2

1 - ；1 . 1 . 1 - ；2

(1)

大球与房间的辐射传热量为

：-'J

2,3 = ；2

A 2 ( E b2 - E b3)

(2) 3 分

_________ E b1 — E b2

1 - ；1 . 1 . 1 _ ；2

解得

E b2=9530.43 W/m 2 或 T 2=640.3K

小球表面热损失①=①1,2二①2,3 =69.2W 4

A X

i,2

b2

E b3)

A 1X 1,2

其中，X i,2=1 X2,3=1 d=0.6 沪0.3

2 2 2 2 2 2

A i = n 1 = nX3 =28.27cm A2= nd = n>9 =254.47cm

代入公式中，可得

①二①仁2,3 =69.2W 5分