1、南昌大學20152016學年第二學期期中考試試卷答案1. 某一房間維持室內溫度tf 20 C，假定房間內壁表面溫度在冬天和夏天分別為A-td 7Q,tx 27Q，室內有一小物體，其外表面和空氣間的自然對流表面傳熱系數 為h 2W/（m2 K），測得物體外表面的平均溫度為tw 32C，物體外表面的表面發 射率為0.9，試計算該物體單位面積在冬天和夏天的熱損失。（12分）解：物體表面與室內空氣之間的自然對流換熱的熱流密度為：q h（tw tf）2 （32 20）24W/m2（ 3 分）Tw 32 273305K,Td 7 273 280K ,Tw 27 273300K （3 分）冬天物體與室內壁面

2、之間的輻射換熱熱流密度為：qd2（Tw4Td4）0.9 5.67 10 8 （30542804）127.94W/m2（ 2 分）夏天物體與室內壁面之間的輻射換熱熱流密度為：qx2（Tw4Tx4）0.9 5.67 10 8 （30543004）28.25W/m2（2 分）物體在冬天和夏天的熱損失分別為：2qd q qd2 24 127.94 151.94W/mqx q qx2 24 28.25 52.25W/m2（ 2 分）2. 寫出空間直角坐標系中的導熱微分方程表達式，并根據下列各條件分別簡化該方程：（1）導熱體內物性參數為常數，無內熱源；二維，穩態，無內熱源；（3）導熱體內物性參數為常數，一

3、維，穩態，有內熱源；（10分）解：直角坐標系中的導熱微分方程表達式為：c（ （ （ ） qvx x y y z z（3分）t 2t2t2t（1）導熱體內物性參數為常數,無內熱源； a（ 222）（ 2分）x y z二維，穩態，無內熱源；o 一（ ） 一 （ ） （2分）x x y y2（3）導熱體內物性參數為常數，一維，穩態，有內熱源；0 馬 qv （ 3分）dx23. 什么是臨界熱絕緣直徑？平壁外和圓管外敷設保溫材料是否一定能起到保溫 的作用，為什么？ （ 8分）解：對應于總熱阻為極小值時的隔熱層外徑稱為臨界熱絕緣直徑。（2分）平壁外敷設保溫材料一定能起到保溫的作用，因為增加了一項導熱熱阻，

4、從而增 大了總熱阻。達到削弱傳熱的目的。（3分）圓筒壁外敷設保溫材料不一定能起到 保溫的作用，雖然增加了一項熱阻，但外壁的換熱熱阻隨之減小，所以總熱阻有 可能減小也有可能增大。（3分）4. 對于一維無內熱源無限大平板的穩態導熱，平板左側面絕熱，右側溫度為60C,請問平板左側面和中間截面的溫度各為多少？為什么？（8分）解：平板左側面和中間截面的溫度各為 60C . （4分）因為q U 0 （4 分）5. 一溫度為20C的圓鋼，長 0.3m,直徑為 6cm,熱導率為35W/（m.K）,密度為 7800kg/m3，比熱容為460J/ （kg.K）,通過長6 m,溫度為1250E的加熱爐時表面 傳熱系

5、數為100 W/（nf.K）。如欲將圓鋼加熱到800E，試求圓鋼通過加熱爐的速度。（15 分）1卅2| d ll V4c a12A dl 2 1 d2410.062 0.34答:（1）特征尺寸,0.0136m （3 分）1 20.06 0.3 2 -0.0624（2）用畢渥數判斷350.0390.1M ,可以用集中參數法（5分）（3）通過加熱爐所需時間exp（出to tcV100490.66s（5圓鋼通過加熱爐的速度：800 125020 1250 eXP（ 7800 460 0.0136）v0.0122m/s（2 分）490.666. 二維無內熱源穩態導熱問題，ABCE為其邊界，網格劃分如圖

6、所示，試導出圖中 節點1,3的節點方程，已知AB邊界為絕熱的，BC邊界為第三類邊界條件，邊界處 流體溫度為tf，對流換熱系數為h,材料的導熱系數入為常數。（12分）節點3的方程:節點1的方程:（6分）T6 T3 y_ xT2 TayxxZT1yh訓xTT30y（6 分）D 丄為 .c7空氣以1m/s的速度外掠1.5m長平板，板寬為0.8m。已知空氣溫度tf 70 C .平板表面溫度為tw 30C。計算空氣平均表面傳熱系數及空氣與板之間的換熱量（15 分）11解：答（1）特征溫度:tm 一（tw tf） - （30 70） 50 C （2 分）22據此查得：1.093kg/m3,2.83 10

7、2W/（m K）, v 17.95 10 6m2/s, Pr 0.698（2 分）雷諾數：Re Ul 口 683565.5 5 105 （3 分）17.95 10 6屬于層流.（1分）（3）對流換熱系數：Num O.644Re0.5Pr1/30.644 83565.505 0.6983165.14（3 分）2h h 165.14 2.83 103.12W/（m2 K）（2 分）l1.5（4）空氣與板之間的換熱量：hA（tf tw）3.12 1.5 0.8 （70 30）149.76W （ 2 分）8.強制對流和自然對流有哪幾種流態，判斷的準則數是什么？給出其具體表達式。（8分）答：層流、湍流。（2分）強制對流判斷的準則數是Re,Re Ul（3分）自然對流判斷的準則數是Gr,G二（3分）9.對管內充分發展的紊流流動換熱，試分析在其他條件不變的情況下，將流體加 熱相同溫升，而流體流速增加為原來的3倍時，管內對流換熱表面傳熱系數有什么變化？管長又有何變化？ （ 12分）解：由題意知，流體流動換熱處于紊流充分發展區域，加熱流體，因此采用公式：NufhaNUf 2NUf 1備0.8Ref10.8 n o片 32.41（4分）即表面傳熱系數增加為原來的2.41倍U2根據d2UCptf2 tf1 h dl（t