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1、一、计算题1、一根直径为1mm的铜导线，每米的电阻为 。导线外包有厚度为3102.0.5mm，导热系数为0.15W/(mK)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65 0C，绝缘层的外表面温度受环境影响，假设为40 0C。试确定该导线的最大允许电流为多少？解：(1)以长度为 L 的导线为例，导线通电后生成的热量为 ,其中的一部RLI2分热量用于导线的升温，其热量为 ：一部分热量通过绝热层dTLcEm42的导热传到大气中，其热量为： 。12lntw根据能量守恒定律知： RLIERLI 22即 122 ln4dtdTcEwm(2)当导线达到最高温度时，导线处于稳态导热， 0Tm122ln0dLtRIw，
2、 W/m，0l212tIw65403.982ln.1)(7.302.98.398.3 ARIRI2、已知室外气温-12，室内温度20，室内对流换热系数25W/m 2K，室外对流换热系数45W/m 2K。砖墙厚240mm，导热系数0.56 W/mK，用苯板保温，苯板后10mm，导热系数0.027 W/mK，保温后的装饰层厚度 3mm，导热系数0.93 W/mK。假设砖墙内含有水分而且当温度低于0时就会结冰（结冰前后导热系数假设保持不变） 。如图，试确定外保温和内保温情况下，那种保温方式会出现砖墙内结冰现象？为什么？室 内 室 外 室 内 室 外装 饰 层 苯 板 砖 墙 装 饰 层苯 板砖 墙(
3、内 保 温 )外 保 温解：装饰层热阻 k/w210.3.6m9R苯板层热阻 k/w22.70砖墙层热阻 k/w23.4R.856内侧对流热阻 k/w2n10.mh外侧对流热阻 k/w2wR.45不论是内保温还是外保温，热流密度均为W0137.020.326+.7.28+.40nwitq 如果内保温，则砖墙外侧温度 0C1.qwwtR砖墙内侧温度 0C3689n如果外保温，则砖墙内侧温度 0C.5qnt砖墙外侧温度 0C32wnR可见，内保温时，砖墙内的温度从-11.177变化到 4.689，跨越了 0，因此会出现墙内结冰。外保温时，墙内温度从 2.653变化到 18.519，不会出现结冰现象
4、。3、热电厂有一水平放置的蒸汽管道，保温层外径为 400mm,壁温为 50，周围空气的温度为 20。计算单位蒸汽管道外壁面的对流散热损失。（35的空气物性参数为：； ； ）2.710W/(mK) 621.580m/sPr0.7参数形状 流态C n横圆柱 层流过渡湍流0.480.01650.111/40.421/3解：这是一个自然对流换热问题。特征温度为 01352mwtt（ ） 此时空气得物性参数为：， ， （1 分2.710W/(mK) 61.58/sPr.7）（1 分）31.2073TmK（2 分）33382 69.82510).4GPrPr 071.56.Tgtd2（ ）查表得 0.4,
5、1/Cn（2 分）1/481/4Nu=.8(GPr)0.(.560)3.6（2 分）2.273./hWmKd（2 分）0.468(50)137.45/wAt4、管内壁温为 100，水在管内流动，流量为 0.5kg/s，水温从 15升到 45。管的内径为 50mm，长 4.5m。求管内流体与壁面间的平均换热系数。（水 30时 ）17/()pcJkgK解：水的特征温度为 （2 分）1302mfwtt（ ） 水侧吸热量为 （1 分）pffGct管内换热面积为 （1 分）2d0.7Alm圆管内对流换热的进出口换热温差：（2 分）1058145t t“ ， 平均换热温差 （2 分）t()70mt平均换热
6、系数 （2 分）20.541(5)16/()mhWmAt5、两块平行放置的平板 1 和 2，相关尺寸如图示。已知：0C， 0C， ， ， 。试用网络法求： 17t2t.80.4120.X(1) 两平板之间的辐射换热量； (2) 若两平板均为黑体表面，辐射换热量又等于多少? 答：(1) 441212, 11,273735.600b ttEFXFXW4417237235.600105.68.若两表面为黑体表面，则 441212, 1,273735.600bttEFXFXW4417237235.601092.63.6、 （10 分）利用一同心套管式换热器，将流量为 225kg/h、比热为4188J/
7、kgK 的水由 35加热至 95，并用流量为 225kg/h、比热 2095J/kgK和温度 210kg/h 的油作为热流体。若总传热系数为 550W/（ K） ，且管外径2m为 100mm。求（1）该换热器是逆流式还是顺流式；（2）换热器的长度。解：由题意，水的进口温度为 ，出口温度为 ；油的进口温度235Ct。 295Ct。为 ，出口温度为 ；设每程管子长度为10Ct。 1 l（1）由热平衡 21()()mctct水 水 油 油则 （3） 1/205418(935)/(2095)2.1Ct水 水 油 油 。由于 ，则可以判断出该换热器为逆流换热器。 （2） 2195C.tt。 。（2）逆流
8、考虑时对数平均温差为（3） 12121212()()/ln()/()095.3095.38.7Cmttttt。又由 ，20()mctkAt水 水则（2）20()(25/3641860/(.15082.7=1.mctldk水 水 ）二、简答题7、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗?答：由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数(如第二或第三类边界条件)。因此上述观点不对。8、应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度如何确定？确定定性温度有何用处？答
9、：应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度原则上取进口截面流体温度的平均值。 （2 分）定性温度是以计算流体的物性。在整理实验数据时按定性温度计算物性，则整个流场中的物性就可认为时相应与定性温度下的值，即相当于把物性视为常数，于是物性场相似的条件自动满足。9、其他条件相同时，同一根管子横向冲刷和纵向冲刷相比，哪一个的表面传热系数大，为什么？答：（1）因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚。（2）横向冲刷时表面传热系数大。横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的涡旋，增加了流体扰动，因而换热强。10、已知在短波（ 铝板 （） ， 木板 （ ） 铝板 （ ） ，铝与周围物体进
10、行辐射传热时，辐射散热比木板少，所以在阳光下铝板温度高。11、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下去面的哪一面结箱?为什么 ?答：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表回的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。12、如图所示的真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出， ，3处中何处定向辐射强度最大?何处辐射热流最大? 假设 ，处对球心所张立体角相同。答：由黑体辐射的兰贝特定律知，定向辐射强度与方向无关。故
11、 。而123I三处对球心立体角相当，但与法线方向夹角不同， 。所以处辐射123热流最大，处最小。13、 （5 分）横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷相比，横向冲刷的传热系数大,为什么?对管内强制对流换热，为什么采用短管和弯管可以强化流体换热？答：1、有三个因素造成横向冲刷比纵向冲刷的换热系数大：弯曲的表面引起复杂的流动，边界层较薄且不易稳定；管径小，流体到第二个管子时易造成强烈扰动；流体直接冲击换热表面。2、对管内强制对流，短管存在明显的入口段效应，入口段边界层较薄，局部表面换热系数大；弯管改变流体的流动方向，使流体产生了较大的扰动，破坏了边界层所以可强化换热。14、 （3 分）动力蒸汽管路，外
12、径 25cm，外面包上 5cm 厚的绝热材料，绝热材料导热系数 ，绝热层与环境间自然对流换热系数在 。0.1W/mK 250W/mK试问为了进一步减少散热损失是否应增加绝热层厚度?并说明原因。答：由于绝热材料对应的临界绝缘直径 ，蒸汽管路外径2.14crodh为 ， ，所以增加绝缘层厚度散热量会减小。2530codcrod15、 （3 分）液-气换热，管内是液，管外是气，现在要强化，可以增加管内流速，减少管壁导热系数，在管外加肋片，请问哪个最有效，为什么？答：管外加肋片最有效，因为在液气传热过程的三个环节中，气体侧的表面热阻是最主要的，加肋片后可以增大气侧传热面积，进而有效的降低气侧表面热阻。
