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华北电力大学824传热学2011年硕士研究生入学考试试题及答案
历年试题精讲及答题技巧
华北电力大学2011年硕士研究生入学考试初试试题
以下为考试内容
1、“相似”和“比拟”是传热学中常用的两种研究方法，试举例说明两种方法的异同。
答案： 相似原理指导下的实验研究仍然是解决复杂对流换热问题的可靠方法。 根据物理现象相似的定义和性质，可以得出物理现象相似必须满足3个条件：1) 同类现象2) 单值性条件相似3) 同名已定特征数相等。 两个常物性、不可压缩牛顿流体外掠等壁温平板的对流换热现象相似，努塞尔数Nu、雷诺数Re、普朗特数Pr分别相等。相似原理回答了进行对流换热实验研究所必须解决的3个主要问题：如何安排试验；怎样整理实验数据；实验结果的适用性。
比拟是指通过研究动量传递和热量传递的共性或类似特性，以建立起表面传热系数与阻力系数之间的关系的方法。应用比拟法，可通过比较容易用实验测定的阻力系数来获得相应的表面传热系数运算公式。
2、简述韦恩位移定律，并以此分析为何炼钢时钢锭的颜色由暗红色变成白色。如何利用韦恩位移定律测量物体的温度。 答案：
韦恩位移定律?mT?2.8976?10m?K?2.9?10m?K，此式表达的波长?m与温度T成反比的规律。?mT为固定的值，当钢锭的温度越来越高时，?m就越来越低，此时钢锭的颜色有暗红色变成白色，当测量温度是，可以测量钢锭发出的光的波长利用韦恩位移定律求解出。
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3、试判断，以上逆流换热过程中两流体温度沿程变化的画法是否正确？为什么？（图中纵坐标代表温度，横坐标代表流程）
答案：
设换热器一侧流体的热容量为qmcp，在该侧流体的进口和出口处分别取微元面积
dA1，dA2，并令dA1?dA2?dA。
由传热方程式知：大温差与小温差侧流体间的换热量分别为：
d?1?kdA?tmax，d?2?kdA?tmin，显然d?1?d?2
由热平衡知：d?1?qmcpdt1，d?2?qmcpdt2，进而知dt1?dt2，
因dt1、dt2分别为该侧流体进出口相同面积上得温度变化，故可知该流体大温差侧的温度变化率应大于小温差侧的温度变化率，即温度曲线上，大温差侧的温度变化率应大于小温差侧的温度变化率，即温度曲线上，大温差侧的斜率应大于小温差侧。由此分析知： (a)、(d)两图画法错误，（b）、（c）两图画法正确。其中，（b）图热流体热容量小于冷流体，而(c)图则相反。
4、已知600A的电流通过一根直径为5mm的不锈钢电缆，电缆的单位长度电阻率为
06?10?4?m，电缆外面包裹有一层导热系数为0.5W(m?C)的绝缘层，该电缆置于25℃
的大气环境中，外表面与周围环境之间的表面传热系数为25W(m?C)。问绝缘层多厚时其内表面温度最低？并求此时内表面温度。
答案：
取长为1m的电缆作为研究对象，忽略电缆与绝缘层间的接触热阻，当绝缘层外径为临界热绝缘直径时，其内表面温度最低。
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临界热绝缘直径dcr?此时，绝缘层厚度??2?2?0.5??0.04m?40mm h0251?dcr?di??1(40?5)?17.5mm 22根据串联热阻叠加原则：
??I2R?ti?tf?ln(dcr/di)1??tf 导得：ti?I2R???ln(dcrdi)1h0A0??2??l?2??lh0A0代入数据得到内表面温度为：
1?ln(40/5)?ti?6002?6?10?4???25?236.8℃ ?3??2?3.14?0.525?3.14?40?10?5、长30cm的铜杆，两端分别固定地连接在平壁上，一端壁温保持200℃，另一端壁温保持90℃.空气横向掠过铜杆，表面传热系数维持17W(m?C)，杆的直径12mm，空气温度38℃，铜杆的导热系数??386W(m?C)。求铜杆散给空气的净热损失是多少？
020
答案：
该问题为一维稳态、常物性、有内热源的导热问题。
?d2t??0 ⑴ 微分方程为2??dx取长为dx的微元体为研究对象，其截面积周长为P截面积为Ac。
???则内热源?hPdx?t?tfAcdx???hP(t?tf)Acd2thP(t?tf)代入⑴式得：2? ⑵
?Acdxd2?hP2?m，则⑵式化为：2?m2? ⑶ 设t?tf??，
?Acdx?c2emx⑷
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解⑶得到其通解??c1e
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0??x?0,???1?t1?tf?200?38?162C边界条件? 0??x?0.3,???2?t2?tf?90?38?52Cm?hP??Ac17?3.14?0.012?3.83
1386??3.14?0.01224将边界条件及m值代入⑷得：c1?161.77，c2?0.23 故??161.77e?3.83x?0.23e3.83x
x铜杆散给空气得净热损失??h?Pdx?18.56W
0?6、如图所示间距为H、温度分别为tw1和tw2的两块无限长平行平板，如果其充满粘性流体，下板静止，上板以速度u运动时，会引起流体的层流运动，已知流体的粘度为?，导热系数为?，忽略流体流动产生的粘性耗散热，试求其中流体的速度分布和温度分布。（25分）
答案：
?u?u1dp?2uu?v???v2?x?y?dx?y⑴ 边界层型流体的动量守恒方程为： ①
本题库埃流为层流粘性流动，设流体为不可压缩流体，则有： =0，??0，
?u?xdp=0 dxd2u故①式可简化为：?0 ② 2dy两板距离为H，上板运动速度为u，下板固定 边界条件为：y?0，u?0；y?H，
u?u
对②式进行积分两次得u?c1y?c2；代入边界层条件得 c2?0，c1?u H中公考研，让考研变得简单！更多资料，请关注中公考研网
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故速度分布为：U?uy H?t?t?2t⑵ 边界层型流体能量守恒方程为u?v?a2③
?x?y?y忽略粘性引起的机械能向内能的转换，故本题为层流粘性流动，故v?0，
?t?0 ?xd2t故③式可以简化为：2?0 ④
dy下板温度为tw1 ，上板温度为tw2，边界条件为：y?0，t?tw1；y?H，t?tw2 对④式进行两次积分得：t?c3y?c4，代入边界条件得 c3?故温度分布为 t?tw2?tw1，c4?tw1 Htw2?tw1y?tw1 H7、漫射表面角系数具有哪些性质？有一正方体空腔内表面均具有完全漫射的性质，已知其互相正对的二个表面的辐射角系数为0.2，试问两个相邻表面的辐射角系数是多少？（20分）
答案：
漫射表面角系数有三个性质：
（1）角系数的相对性（互换性）： A1X1，2?A2X2，1 这一性质也可以通过两个黑体表面间的辐射换热而获得。
（2）角系数的完整性：对于N个表面包围并形成一个封闭腔，那么根据角系数的定义，
?Xj?1N1,j?1
表面1为凸表面或平面X1,1?0；表面1为凹表面X1,1?0
（3）角系数的可加性（分解性）： 设表面2由2a和2b两部分组成，则
X1,2?X1,2a?X1,2b
如右图所示正方形空腔 由题设X1,3=0.2
由角系数完整性：X1,2?X1,3?X1,4?X1,5?X1,6?1
所以 X1,2?X1,4?X1,5?X1,6?0.8
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