哈工程2011传热学A卷试题及答案

2011 年春季学期《传热学》（A 卷）答案 一．（10 分）外直径为50mm 的蒸汽管道外表面温度为400℃，其外包裹有厚度为40mm、导热系数为0.11W/(m·K)的矿渣棉。矿渣棉外又包有厚为45mm 的煤灰泡沫砖，导热系数为0.12W/(m·K)，煤灰泡沫砖外表面温度为50℃，试求通过每米长该保温层的热损失，并给出矿渣棉外表面温度。 解：由多层圆筒壁的导热热流量公式可知： 132113222lnlnl ttdddd （3 分） 其中4001 t℃,503 t℃,1lm,12350,130,220dmm dmm dmm （2 分） 10.11W/(m·K),2 0.12W/(m·K) 带入公式，可得：25.168W（1 分） 设矿渣棉外表面温度为2t ，则由能量守恒定律可知： 122112lnl ttdd （3 分），代入数据，可得：39.1672 t℃（1 分） 二．（10 分）直径为12mm、初始温度为1150K 的钢球，突然被放置于温度为325K、表面传热系数为20W/(m2·K)的空气中冷却。已知钢球的物性如下：=40W/(m·K)，=7800kg/m3，c=600J/(kg·K)。试确定钢球中心温度被冷却到 400K 所需的时间？如果考虑辐射的影响，冷却时间应延长还是缩短？ 解：这是一个典型的非稳态热传导问题，先计算其毕渥数的大小： 1.0001.0403006.020)/AVhBi（，故可以利用集总参数法计算此非稳态问题。（2 分） 由公式：cVhAttttexp00 （4 分） 可得：tttthAcV0ln（1 分） 代入数值，可得：21.1122s（1 分） 如果考虑辐射的影响，则钢球的散热强度增强，冷却时间会缩短。（2 分） 三、（10 分）当流体为空气时，对横掠平板的强制对流换热进行实验测定，测得空气温度相同时的结果如下： 当120m/su 时，2150W/(mK)h ； l u 当115m/su 时，2140W/(mK)h 。 假定换热规律遵循如下函数形式：nmCNPrReu ，其中，nmC,,为常数，正方形的特征尺寸为对角线长度为l 。试确定：指数m 的大小是多少？ 解：由题意知，nmCNPrReu ， 由相似准则关系式知 即nrmeuPCRN111 ，nrmeuPCRN222 ，对于空气：21PrPr  （2 分） 所以 11112222//mmmueueNRu luNRu lu （3 分） 又 hlNu  ，所以 2121hhNNuu （2 分） 因此， 1122mhuhu（），（1 分） 5 02 04 01 5m（），775...