华中科技大学 200X年招收硕士研究生传热学入学考试试题

适用专业：工程热物理、热能工程、制冷及低温工程、供热、供燃气、通风及空调工程

一、简答题（10小题，每题5分，共50分）

什么是时间常数？试说明时间常数对动态温度测量精确度的影响。 什么是热边界层？什么是速度边界层？普朗特数的大小反映了速度边界层与热边界层的怎样的关系？ 粗略绘出大容器内饱和水在大气压力下沸腾的q-Δt曲线，并注明个换热阶段的特点及临界热流密度的位置。 写出稳态强制对流换热的边界层能量方程，并说明各项的意义。 写出格拉晓夫数Gr的定义式，并说明Gr一般用于计算哪种形式的换热。 写出Bi数和Nu数的定义式，说明它们的物理意义，并比较两者的不同之处。 什么是灰体？在工程辐射换热计算中引入灰体概念有何意义？ 在圆管外表面加装肋片，就一定能够增强传热吗？为什么？ 什么是角系数？对于非黑体之间的辐射，角系数成为纯几何量的条件是什么？ 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，包含那些传热环节？

二、（20分）一金属圆柱体直径d=100mm，长度为l=50mm，密度为7800kg/m3，比热为460J/（kg℃）。柱体初始温度为700℃。若τ≥0s时其下底面与温度为100℃的油一直保持接触，对流表面传热系数为h1=200W/（m2k），其余表面绝热；τ≥120s时上表面再同时与温度为20℃的空气保持接触，对流表面传热系数为h2=40W/（m2k），而侧面仍维持绝热。假定圆柱体的导热热阻很小，同一瞬间圆柱体温度均匀一致，求：

τ=120s时圆柱体的温度； τ=120s时圆柱体的温度； 热平衡时圆柱体的温度。

三、（20分）一厚度为10mm，导热系数为50W/（m.k）的不锈钢板两端维持固定温度

50℃，已知钢板两端之间的距离为20cm，在垂直纸面方向很长。钢板上表面绝热，下表面有20℃的空气缓慢流动，对流表面传热系数为32W/（m2k），试导出此钢板的导热微分方程，求解所导出的方程得出温度分布，并求出钢板中心的温度值。

四、（20分）初温为30℃的水，以0.857kg/s的流量经一套管式换热器的环形空间。水蒸汽在圆管内凝结，使内管外壁温度维持在100℃。换热器外壳绝热良好。环形夹层内管外径为40mm，外管内径为60mm。试求把水加热到50℃所需要的套管长度以及在管子出口截面处的局部热流密度。

五、（20分）有一间壁式换热器，其换热面由薄壁紫铜做成。已知热流体侧换热系数为常数α，冷流体侧换热系数为2α。

顺流布置（上图左）时热流体的温度t1和冷流体的温度t2沿换热表面F的变化曲线如上图（中）所示，试在上图（中）画出壁面温度tw沿换热表面F的变化曲线。 如果顺流布置改为逆流布置，即将热流体的进、出口对换，其他条件不变，试在上图（右）画出冷热流体温度沿换热表面F的变化曲线。 在逆流布置下，假设冷、热流体进口温度不变，而将冷流体的流量变为原来的2倍，试分析此时换热器的传热量Q、传热系数K、换热平均温差△tm和冷、热流体的出口温度如何变化。

六、（20分）一个箱体，其形状为圆柱体的四分之一，箱内抽成真空，如下图所示。圆柱内表面半径为0.5m，箱体长10m；平表面A1的温度为50℃，黑度为0.8；圆柱内表面A2的温度为30℃，黑度为0.6；另一表面A3为绝热表面；假定两端的辐射可以忽略不计。试画出箱体内辐射系统网络图，并计算表面A1与表面A2之间的辐射换热量以及表面A3的温度。