2012考研必备北京科技大学传热学试题

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1、北京科技大学2003年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题一、简要回答下列问题（每小题8分）1写出下列准则的表达式，并注明各量的物理意义：BiFoGrNuReEu2、在工业用换热器中，有的将肋片装在圆管的内表面，圆管外表面为光管；有的换热器正好相反，为什么？举例说明。3、为什么称大容器饱和沸腾中的临界热流为沸腾危机或烧毁点？4、试述强化管内流体对流换热常采用的方法，并简述理由。5、什么是灰体？在实际工程计算中我们把物体表面当作灰体处理应满足什么条件？而又为什么要满足这样的条件？二、（20分）外径为60mm，表面温度为200C的蒸汽管道，外绝缘层为100mm的正方形截面，绝热材料导热系数为0.1W

2、/（mK）,绝热层外表温度为50C。试计算每米长管道的热损失。若用同样多的材料做成圆形截面，热损失又是多少？（可假设两种情况下绝热层外表面与环境的对流换热系数相同）三、（20分）如图中所示，位于导热系数分别为kA和kB两种材料界面处的节点o。试推导出稳态状况下，无内热生成的有限差分方程，若划分网格时令x=y,则此导热问题的有限差分方程可简化为何种形式。四、（25分）一套管式换热器，饱和蒸汽在内管中凝结，使内管的外壁温度保持在100C。初温为25C、质量流量为0.8kg/s的水从套管换热器的环形空间流过，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，试确定把水加热到55C时

3、所需的套管长度及管子出口截面处的局部热流密度。（不考虑温差修正，水的物性参数为：入=0.635W/（mK）,卩=653.3X10Pas,Cp=4174J/（kgK）,Pr=4.31）五、（25分）如图所示，由半径为1m的1/4圆的两直径及圆周所组成的通道，在垂直纸面方向无限长。表面1的温度和发射率分别为1=200C,5=0.2，表面2温度和发射率分别为t2=27C,2=0.7,表面3的发射率为3=0.5，单位长度热流q3=1000W/m。试确定表面3的温度和表面1,2的单位长度净辐射换热量。六、（20分）用热电偶测温计测得炉膛烟气温度1=798C。设已知水冷壁管外表面温度2tw=580C,烟气

4、对测温计表面的对流换热系数a=60W/（mC），烟气可近似地当做透明介质，测温计表面的黑度=0.3,测温计由于导热而产生的测温误差可以略去不计。试求炉膛烟气的真实温度和测温计由于辐射换热产生的测温误差。七、（25分）试证明：在两个平行板之间加上n块遮热板后，辐射换热量将减小到无遮热板1时的。（设各板均为漫灰表面，且发射率相同）n+1八、（20分）由三个灰体表面组成的封闭辐射系统中，三个面的面积分别为F1、&和F3,三个面的辐射率分别为i、2和3，三个面上的温度分别为Ti、T2和T3，试画出该辐射系统的等效辐射网络图，并列出求解此辐射系统的节点方程组。北京科技大学2004年硕士学位研究生入学考试

5、试题一、（30分，每小题6分）简要回答下列问题1、试分析气体辐射的特点。2、名词解释：热导率入、对流换热系数a、辐射常数以及材料的热辐射率。3、解释下列名词：层流边界层、湍流边界层、湍流核心、粘性底层、主流区、雷诺类比。4、为什么改变内部流动截面形状会改变换热效果？试用充分发展湍流的对流换热公式Nuf=0.023Re；8Pr0.4解释之。5、扼要阐明下列相似准则的表达式和物理意义：BiFoGrNuReEu二、（20分）试给出图1所示平板温度分布T（X）的解析表达式，设平板在X!和X2处分别有均匀的表面温度T,和T2，导热系数随温度线性变化：k=k0（1+bT）。三、（20分）考察两个漫射的无限

6、大的平行灰表面，其相隔距离很小，若两表面的黑度均为0.8，为了要使两表面之间的辐射热流减少至原来的1/10，问所放置在其之间的很薄、且导热热阻可以忽略的辐射热屏的黑度应是多少？四、（30分）一个套管式换热器，饱和蒸汽在内管中凝结，使内管外壁温度保持在100C,初温为25C、质量流量为0.8kg/s的水从套管换热器的环形空间中流过，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，试确定把水加热到55C时所需的套管长度以及管子出口截面处的局部热流密度。不考虑温差修正，水的物性参数如下：导热系数（或称热导率）入=0.635W/（m）;动力粘度卩=653.3x10Pas；比热Cp=

7、4174J/（kgC）；普朗特数Pr=4.31。管槽内旺盛紊流流体与壁面间的对流换热的准数方程为0.804Nu=0.023RePr。五、（25分）两个直径D1为0.8m和D2为1.2m的同心球，中间有空气隔开，两球的表面温度分别为T1=400K和T2=300K。a. 若两球是黑表面，问它们之间的净辐射能交换是多少？b. 若两球是黑度=0.5和2=0.05的漫射灰表面，它们之间的净辐射能交换是多少？若D2增加至20m，且1=0.5,2=0.05和Dj=0.8m，问两表面之间的净辐射能交换是多少？若其他条件保持不变，将外表面作为黑表面（2=1）,问所导致的误差是多少?六、（25分）对图2所示的圆截

8、面直肋的一维稳态、无内热源、常物性导热问题，试分别列出节点m和端部节点M的离散方程式。已知圆截面的直径为do七、（25分）试解释换热器和蓄热室的工作原理，它们各自的优缺点有哪些？请列举强化换热器和蓄热室换热的措施各3项。八、（25分）一具有漫射-灰表面且黑度为0.6的热电偶，用其测量流过一大管道内的气体温度，热电偶的指示温度Ts为180C，管壁黑度为0.85且具有均匀温度Tw为450C,若热电偶和气流之间的对流换热系数h为125W/（m2K）,略去热电偶的导热损失，求气流的真实温度。北京科技大学2005年硕士学位研究生入学考试试题一、（40分，每题10分）回答下列问题：1、分别写出Bi、Nu相

9、似准则数的表达式，请说明其物理意义，并比较Bi、Nu的异同。2、对于管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热？3、有人认为：“重辐射面（绝热辐射面）既然没有净得失热量，它的存在也就对整个系统不起任何作用。”这一看法对不对？为什么？4、炉气（烟气，燃烧产物）黑度的计算公式是什么？试解释此公式的物理含义。二、（20分）一根6m长，2kW功率的电阻丝是由直径为0.2cm的不锈钢（k=15.1W/mK）2制成。电阻丝的工作环境温度为30C，表面对流换热系数为140W/mK。试求解电阻丝稳定工作时横截面上的温度分布表达式及表面温度值。三、（20分）水以2kg/s的质量流量流过直径为40mm

10、，长为4m的圆管，管壁温度保持在90C,水的进口温度为30C。求水的出口温度和管子对水的散热量。（水的物性参数为k=0.653W/mK,cp=4.174kJ/kgK,Pr=4.31,卩=653.3x10Pas，水在管内对流换热经验公式为Nu=0.023Re0.8Pr0.4）四、（20分）有一内腔为0.2mx0.2mx0.2m的正方形炉子，被置于室温为27C的大房间中。炉底电加热，底面温度为427C,=0.8，炉子顶部开口，内腔四周及炉子底面以下均敷设绝热材料。试确定在不计对流换热的情况下，为保持炉子恒定的底面温度所需供给的电功率。炉底对炉侧墙的角系数等于0.8o五、（20分）一具有漫射一灰表面

11、且黑度为0.6的热电偶，用其测量流过一大管道内的气体温度，热电偶的指示温度Ts为180C，管壁黑度为0.85且具有均匀温度Tw为450C,若热电偶和气流之间的对流换热系数h为125W/（m2K）,略去热电偶的导热损失，求气流的真实温度。六、（15分）试给出图1所示平板温度分布T（x）的解析表达式，设平板在x1和x2处分别有均匀的表面温度T1和T2，导热系数随温度线性变化：k=k0（1+bT）oQ=KtF中平均温压t的计算七、（15分）以逆流式换热器为例，试推导换热器设计公式t=t-tIn t t八、（15分）试解释换热器和蓄热室的工作原理，它们各自的优缺点有哪些？请列举强化换热器和蓄热室换热的

12、措施各3项。九、（15分）已知平板跨流的局部对流发热系数hx是按X变化。其中x是指距平板前沿（x=0）的距离。求自前沿到平板上某个位置x的平均对流放热系数hx与在x处的局部对流放热系数hx之比。北京科技大学2006年硕士学位研究生入学考试试题一、（30分，每小题5分）简要回答下列问题1、假定不可压缩，牛顿型流体，常物性，无内热源，忽略摩擦产生的耗散热，试写出二维稳态对流换热微分方程组，并说明其中各项的物理意义。2、对于第一类边界条件的稳态导热问题，其解析解与导热系数有没有关系？3、发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情形下可以按一维问题来处理？4、对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化

13、流体的换热？5、名词解释：有效辐射、表面辐射热阻、重辐射面、遮热板及灰体。6、试述基尔霍夫对灰体的应用，简要说明该定律在辐射换热计算中的作用。二、（20分）一块初温为to的平板（单侧表面积为A，厚度为L），一侧表面突然受到恒定热流密度q0的加热，另一侧表面则受到温度为t：的气流冷却，表面传热系数为h。设内热阻可以不计，其它物性参数均已知。试列出物体温度随时间变化的微分方程式并求解之。三、（25分）一蒸汽管道的保温层外包了油毛毡，表面发射率为0.93，温度为330K，外径为0.22m。该管道水平地穿过室温为22C的房间，在房内长度为6m。空气的物性参数如下：62导热系数（或称导热率）入=0.02

14、76W/（mC）;运动粘度v=16.96X10m/s;普朗特数Pr=0.699。横圆柱表面自然对流换热的准数方程为Nu=0.48（GrPr）0.25。试计算蒸汽管道在该房间内的总散热量。四、（25分）利用一同心套管式换热器，将流量为225kg/h、比热为4188J/kgK的水由35C加热至95C，并用流量为225kg/h、比热2095J/kgK和温度210kg/h的油作为热流体。若2总传热系数为550W/（mK）,且管外径为100mm。求（1）该换热器是逆流式还是顺流式；（2）换热器的长度。五、（25分）两个直径D1为0.8m和D2为1.2m的同心球，中间有空气隔开，两球的表面温度分别为=40

15、0K和T2=300K。a. 若两球是黑表面，问它们之间的净辐射能交换是多少？b. 若两球是黑度i=0.5和5=0.05的漫射灰表面，它们之间的净辐射能交换是多少？若D2增加至20m，且1=0.5,2=0.05和D1=0.8m，问两表面之间的净辐射能交换是多少？若其他条件保持不变，将外表面作为黑表面（2=1）,问所导致的误差是多少？六、（25分）用单层遮热罩抽气式热电偶测量一设备中的气流温度，如图所示。已知设备内壁为90C，热接点和遮热罩表面黑度均为0.6，气体对热接点及遮热罩的换热系数分别为2240W/（mK）及25W/（mK）。当气流真实温度为tf=180C时，热电偶的指示值是多少？七、（2

16、5分）建立如图所示壁面内拐角节点A的温度的离散方程式。壁面外表面与流体（温度为tf）对流换热，表面传热系数h壁面内有内热源，单位体积内内热源强度为，壁面按二维稳态导热问题处理。八、（25分）考察两个漫射的无限大的平行灰表面，其相隔距离很小，若两表面的黑度均为0.8，为了要使两表面之间的辐射热流减少至原来的1/10，问所放置在其之间的很薄、且导热热阻可以忽略的辐射遮热板的黑度应是多少？北京科技大学2007年硕士学位研究生入学考试试题一、（30分，每小题5分）简要回答下列问题1、请写出直角坐标系中，非稳态，有内热源，常导热系数的导热微分方程表达式，并说明表达式中各项的物理意义。2、在用裸露热电偶测

17、定气流的非稳定稳定场时，怎样可以改善热电偶的温度响应特性？3、采用集总参数法求解物体非稳态导热时，需满足什么条件?说明为什么要满足此条件。4、解释现象：一条架空敷设的电缆使用时发现绝缘层超温，为降温特剥去一层绝缘材料，结果发现温度更高。5解释名词：接触热阻，沸腾的临界热流密度，入口效应，黑体，温室效应。6、为强化传热，可采取哪些具体措施？二、（20分）半径为rs的圆球，其热导率（导热系数）为入，单位体积发热量为，浸在文档为tf的流体中，流体与球表面间的对流换热系数为h。求稳态时圆球内的温度分布，并计算当Ts=0.1m,入=4.5W/（mK）,=5000W/m3,h=15W/（m2K）,tf=2

18、0C时，球内的最高温度。三、（25分）在一次对流换热试验中，10C的水以1.6m/s的流速流入内径为28mm、外径为32mm、长1.5m的管子。管子外面均匀地缠绕着电阻带作为加热器，其外还包有绝热层。设加热器总功率为42.05kW,通过绝热层的散热损失为2%,管材的导热系数为18W/（mK）。试确定：（1）管子出口处的水的平均温度；（2）管子外面的平均壁温。已知管内对流换热的准则数方程为：Nu=0.023Re0.8Pr0.4，在平均温度下，水的物性参数如下：p=999kg/m3,_62c=4187J/kgK,入=0.5865W/（mK）,v=1.156X10m/s,Pr=8.27。四、（25分

19、）两漫灰平行平板间存在着辐射换热，并保持表面温度T1T2,表面发射率分别为1和2。为减少两板间的辐射热流，用一个两侧面发射率不同（分别为3和*,且&3Tw）中；（3）两热竖壁组成的封闭有限矩形空间（上下表面绝热）。北京科技大学2008年硕士学位研究生入学考试试题一. （30分，每小题5分）简要回答下列问题：1、名词解释：热导率入、对流换热系数a、黑体辐射常数、发射率和总传热系数k。2、分别写出毕渥述Bi、努塞尔数Nu、雷诺数Re、傅里叶数Fo和格拉晓夫Gr相似准则数的表达式，并请说明其物理意义。3、常物性、无内热源的稳态导热方程f=0中不包含任何物性参数，这是否说明导热物体中的温度分布与导热物

20、体的物性无关，为什么？4、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大？为什么？5、何谓灰体？这种物体表面在现实中并不存在，那为什么可以用于实际物体表面间的辐射换热计算？6、试用热阻概念说明辐射遮热板为什么能够“遮热”？板表面的发射率对遮热作用有什么影响？二. （20分）有一体积为V，表面积为Ax的物体。假设物体内部导热热阻很小，可以忽略，则物体在同一时刻各点的温度相同。物体与温度为tf的环境发生对流换热，换热系数为a,若物体热导率入、密度p和比热容C均为已知常数，且物体初始

21、温度为t0。请推导物体温度随时间的变化函数t=f（T）。三. （25分）采用测定铂丝电阻的方法可间接测出横掠铂丝的空气速度。现测得铂丝直径0.1mm，长10mm,电阻为0.2Q,通过的电流为1.2A，表面温度为200C,空气温度为20C。03851/3已知Nu=0.911Re.Pr,空气的物性参数见下表。假定辐射热损失可忽略不计，试确定空气的来流速度。附：空气的物性参数温度t,C热导率2入x10,W/(m-k)运动粘度62vx10,m/s普朗特数Pr202.5915.060.7031103.2724.290.6872003.9334.850.680四.（25分）在一热处理过程中，将温度为220

22、C的金属薄板竖直地置于温度为20C，流速为7m/s的空气气流中。平板沿流动方向长度为3m，宽度为2m，如图1所示。测得作用于平板的摩擦阻力为0.86N。试确定该金属板与空气间的对流换热系数和传热量。空气的物性参数为：p=1.204kg/m3,Cp=1.007kJ/kgK,Pr=0.7309。五. （25分）设有如图2所示的几何体，半球表面是绝热的，底面被一直径（D=0.2m）分为1、2两部分。表面1为灰体，T|=550K,黑度1=0.35;表面2为黑体，T2=330K。求：（1）画出相应的辐射网络图；（2）半球表面3的温度；（3）表面1的净辐射热损失。六. （25分）一顺流套管式换热器，利用温

23、度为60C的己二醇（比热为2500J/kgC）来加热流量1.3kg/s，入口温度20C的甘油（比热为2400J/kgC）。换热器出口处两流体温差为15C该换热器可视为平壁传热，已知甘油侧换热系数为450W/m2C,己二醇侧换热系数为515W/m2C，传热面积为7.6m2。求：（1）传热量；（2）甘油的出口温度；（3）己二醇的流量。七. （25分）有一台采暖用的散热器，用管内的热水来加热管外的空气。为了提高散热器的散热效果，有人提出采用管外加装肋片，并将原来的钢管换成铜管，试从传热角度来评价这个方案。八. （25分）有两块无限大平行平板，其发射率分别为0.3和0.8,二者由于温度不同进行辐射换热

24、，若在两平板之间插入一块两面抛光的铝遮热板，其发射率为0.04,计算由此引起的辐射换热降低的百分率。北京科技大学2010年硕士学位研究生入学考试试题试題編号；_8口试题席眷：传热学（共2頁、逵禺专业；动力工程義工程博输理、动力工程锐明：所肓答耒必简骂雀答题纸上.做牲试燧或草鸦数上无*L#试用具：考生自带计算5L_VH匚:HaS_-*!-.（30分，每小题5分简耍回答下列问题】（【）谓坞出直曲坐标系中+非稳态、有内热源、常热肆卑（即昙热系数）的导热缴分程炭砂式#说明表达式中务项前物理意丈（2J分别写出华遅数筋、努饕尔数九省诺数Kir缚立叶数肮扣格拉晓光数5相似准則数的衣达式.井请说明苴物理意义.

25、（3）试用简明的语言说明热边界层的槪念；与完全的能量方程相比.边界层能盘方程爆重要的简化特点是什么？4）为什么占变内部流动截面羽状会改变换热效果？试用充分发展湍迪的对潦换热公式Nuz=&.023R屮Pr解释之（5）溢度均匀的空肺確面上的小孔具有黑体辐射的特性.那么牢桂内部帘面的需射是否也足朋林辐射？（6）试用热肌帆念说明幅射戴热板为忡么能够“遮热”?板表面的发射率对雁热作用有什么彩响？二（邛分）巫祀为012iii的不锈南轴承滾珠（黑度f）-8CS5kg/m热导率215.lMm代比热容G=Q4MkJ伽亠G扌时散聿（1=3.91幻萨m淘将在水中进行淬火处理.轴承滚珠离开抓热炉时湍型旳匀为900Ct

26、而后在隘度为期C的空任屮停留-会，冉錢入水中-如果滚珠在淬火前温膜不能低TS50oC.试计算滚珠可以在空气中停留的时间（空气的对流换赠系数为125W/m?二. （25分）采用测建的建电阻的力法可闻按测出愤抹钳绘的空气逆度*现测得曲丝宜径aimnuK10mm（电阻为O.2Q,通过的电流为12A,表廁温度为2flO*C.空气島度为2O*C已知Nu-OSllReDHaPr1/Jt空吒的物性参觀见F表假定辐射栖失可恕略不计,试确定空吒的来?ft速度-附：空气的物性鑫救热导睾运动粘度普明特数hacIxItF.W/fmkvxIOmJ/sPr2015915.060+7031103.2724290.6S720

27、03,9334.85丄颂四. Nn/一2（25分）考蔡功率为800W的豪用电熨斗底板的导热何题.如下图所示。底板厚厶=06cm,面积为/160cm2,热导率；=20W/（mC）底板内表面由电阻恒热流加热，外包有绝热层.已知达到稳态时，底板外表血温度为85。（：。试：（1）建立电熨斗底板一维稳态导热的微分方程和边界条件：（2）求解底板内的温度分布：（3）确定底板的内表面温度.五. （25分）考察两个没射的无限大的平行灰表面.其相隔距离很小，若两表面的愿度均为08为了婆使两表面之何的辐射热流减少至原來的1/10,问所放置在其之间的很薄、且导热热阻可以忽略的辐射遮热板的熬度应是多少？A.（25分）用

28、进口温度为12C.质虽流虽为18X103kg/h的水冷却从分饰器中得到的80。（2的饱利苯蒸气使用顒流换热器，冷凝段和过冷段的传热系数均为980W/（m2.K）.己知苯的汽化潜热为395X103J/kg,比热容为1758J/（kg-K）.试确定将质量流虽为36OOk0h的苯蒸气凝结并过冷到40。（2所需的换热面积。北京科技大学2011年硕士学位研究生入学考试试题试题编号：811试题名称：传热学（共2页）适用专业：动力工程及工程热物理说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考试用具：考生自带计算器。（30分，每小题5分）简要回答下列问题:（1）对于第一类边界条件的稳态导热问题，其

29、解析解与导热系数有没有关系？（2）分别写出毕渥数Bi、努塞尔数Nu、傅立叶数Fo和格拉晓夫数Gr相似准则数的表达式，请说明其物理意义，并比较Bi、Nu的异同。（3）试用简明的语言说明热边界层（或温度边界层）的概念；如果主流和壁面之间没有温差，会有温度边界层发展吗？（4）为什么改变内部流动截面形状会改变换热效果？试用充分发展湍流的对流换热公式Nuf=0.023Re；.8Pr；.4解释之。（5）试述基尔霍夫对灰体的应用，简要说明该定律在辐射换热计算中的作用。（6）有一台采暖用的散热器，用管内的热水来加热管外的空气。为了提高散热器的散热效果，有人提出1）管外加装肋片；2）将原来的钢管换成铜管。试从传

30、热角度来评价这个方案。二.（25分）考察一功率为800W的家用电熨斗底板的导热问题，如图所示。底板厚L=0.6cm,面积为A=160cm2，热导率（或称导热系数）且20W/（m）。底板内表面由电阻恒热流加热，外包有绝热层。已知达到稳态时，底板外表面温度为85C。试：（1）建立电熨斗底板一维稳态导热的微分方程和边界条件;（2）求解底板内的温度分布；（3）确定底板的内表面温度。（25分）直径为0.012m的不锈钢轴承滚珠（密度p=8085kg/m3,热导率入=15.1W/（m-C）,比热容Cp=0.480kJ/kg，热扩散率=3.91x10-6m2/s）将在水中进行淬火处理。轴承滚珠离开加热炉时温

31、度均匀，为900C，而后在温度为30C的空气中停留一会，再浸入水中。如果滚珠在淬火前温度不能低于850C，试计算滚珠可以在空气中停留的时间（空气的对流换热系数为125W/（m2）。（25分）在一次对流换热试验中，10C的水以1.6m/s的流速流入内径为28mm、外径为32mm、长为1.5m的管子。管子外面均匀地缠绕着电阻带作为加热器，其外还包有绝热层。设加热器总功率为42.05kW，通过绝热层的散热损失为2%，管材的热导率为18W/（m）。试确定：（1）管子出口处的水的平均温度；（2）管子外表面的平均壁温。已知管内对流换热的准则数方程为：Nuf=0.023Re；8Pr；4，在平均温度下，水的物

32、性参数如下：密度：:=999kg/m3，比热容Cp二4187J/kgK，热导率=0.5865W/（moC），运动粘度、.=1.156106m2/s，普朗特数Pr=8.27。（20分）有两块无限大平行平板，其发射率分别为0.3和0.8,二者由于温度不同进行辐射换热，若在两平板之间插入一块两面抛光的铝遮热板，其发射率为0.04,计算由此引起的辐射换热降低的百分率。（25分）用进口温度为12C、质量流量为18X103kg/h的水冷却从分馏器中得到的80C的饱和苯蒸气。使用顺流换热器，冷凝段和过冷段的传热系数均为980W/（m2K）。己知苯的汽化潜热为395X103J/kg，比热容为1758J/（kgK）。试确定将质量流量为3600kg/h的苯蒸气凝结并过冷到40C所需的换热面积。