上海交通大学研究生入学考试试题

上海交通大学

1997年硕士研究生入学考试试题 试题名称 传热学（含流体力学）

答案必须写在答题纸上 传热学（含流体力学）

1、输气管道内的空气温度tf =100℃，流速u=1/s, 用一支插入套管中的水银温度计测量空气温度 （见附图），温度计的读数是铁管底部的温度th , 已知铁套管与输气管道连接处的温度t0=50℃, 套管长度h=140mm,外径d=12mm，材料的导热 系数λ=58.2w/(m2·℃)，试问测温误差为多少度？ 已知温度计套管的过余温度分布式为

h ch[m(x?h)]式中，综合参数 第1题俯图???ch(mh)0t0 t f m??u/?f，铁管与空气间的对流换热的准则式为Nu=0.615Re 0.466,空气物性 d

t 参数为λ=3.21×10-2w/(m·℃)，ν=23.13×10-6m2/s. 2、 如附图所示，厚δ初始温度为to的大平板 一侧被突然置于

t?的流体中冷却，另一侧保持

绝热，已知大平板材料的导热系数，密度和比热 分别为 λρ、c，试导出大平板内节点 q=0 n=1,2,…N-1及边界节点n=0,N的显式差分方程。 t∞ 这里，N表示平板的等分刻度数。

Δχ 3、一辐射换热系统的加热面布置于顶部，底部为受热表面，顶部表

面1和底部表面2间隔为1m，面积均为1×1 m2。已知顶面的黑度0 N χ ε1=0.2，t1=727℃底面ε2=0.2，t2=227℃。其余四侧表面的温度及黑度均相同，为简化计算， χ=0 χ=N 1 可将它看成整体看待，统称F3，F3是地面绝热

表面，试计算1，2面之间的辐射换热量及表面 第 2 题 附 图 3的温度t3,已知1，2面之间的角系数X1，2=0.2 3 1m

绝热 4、凝结液膜的流动和换热符合边界层的薄层性质，若把坐标X取为

重力方向（见附图），则竖壁膜状凝结换热时的边界层微分方程组可表示为：

?u?udp?u ?(u??)????g?????yd??y2lll22 第 3 题 附 图

（1）

?t?t?tu???a???y?y2

2式中，下角标l表示液相，努谢尔特在作了若干简化假定后，将将上述方程组简化为：

du???g?0dy2l2l （2）

dt?0

dy22yg

相应的边界条件为：

y=0, u=0, t=tw (3) y=δ，

δχ第 4 题 附 图du?0 t=t dys

(1) 试扼要说明，努谢尔特提出的简化假定有哪些？

(2) 从（1）方程组简化成（2）方程组时，略去各项的依据（简化假定）以及边界条件（3）的依据（简化假定）分别是什么？（12分）

5．一台逆流式换热器刚投入工作时的参数为t1＇=360℃，t1〃=300℃，t2＇=30℃，t2〃=200℃，

G1C1=2500w/℃,k=800w/( m2·℃),运行一年后发现，在G1C1，G2C2及t1＇，t2＇保持不便时，冷流体只能被加热到162℃。试确定次情况下的传热系数k＇污垢热阻r及热流体出口温度t1〃为多少（20分）

6．流体外掠平板时，边界层动量积分方程为：

ddu??u(u?u)dy??d?dy?0?y?0

假定边界层的速度分布函数u=f(y)是y的二次多项式，即u=a0+a1y+a2y2,试求边界层厚度δ及摩擦系数Cf

u∞的计算式。（16分）

yδ

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1998年硕士研究生入学考试试题 试题名称 传热学（含流体力学）

χ第 6 题 附 图1. 写出下列准则的表达式，并注明各量的物理意义（１２） Bi Fo Gr Nu Re Eu

2.温度为t0的球体被突然置于温度为t∞的流体中冷却，换热系数为α，如果要求在一瞬

间圆球内各点温度始终能够维持基本一致即可以不考虑球内有温差，向这个圆球直径d的约束条件是什么？ 假定球体材料导热系数用λ表示．（９）

3.一根直径为d＝３mm的铜导线，每米长的电阻等于2.22×10-3П,导线外包有绝缘层，厚δ＝１mm，导热系数λ＝0.15w/(m?℃).限定绝缘层最高温度为t1=６５℃，最低温度t2=０℃．试确定在这种条件下导热中允许通过的最大电流Imax.(12)

4.如附图所示，平均流速为u的流体在内径为d的圆管内稳定流动，流体的密度ρ，比热

Cp和导热系数λ均为常数，管内流体与管外大气的传热系数为Ｋ，大气温度t∞看成常数．要

求：

（１） 导出Ｘ＝x截面处由导热和对流传入控制体dx的热量Ｑin以及Ｘ＝x+dx截面处由

导热和对流从控制体传出的热量Ｑout表达式 ．

（２）导出控制体dx内的流体和管外大气之间的传热量Ｑ的表达式．

（３）通过能量守恒分析，导出上述流动流体的能量方程式，分析时略去流体的轴向导热作用．

（４）假定圆管入口Ｘ＝０处流体温度t=t0，试解出管内流体过余温度θ=t-t∞沿轴向x的

分布式．（１８） Q u Qin Qout t0 d

Q dx x=0 x x=x x=x+dx (第四题附图）

5．套管式热水器的冷水进口温度tc'?15℃，出口温度tc\?33℃，比热

cpc?4.18kJ/(Kg℃），流量Gc?10kg/s，热流体的进口温度th'?75℃，其热容量Ghcph?25kW/℃，若传热系数k?1570W/(m2℃），试计算在逆流和顺流两种情况下热

水器的传热面积F分别是多少？（16分）

26．如附图所示，面积均为25×25cm的表面1和表面2相互垂直放置，其角系数X1,2?0.2，

表面1的温度T1?1000K，黑度?1?0.6，表面?绝热。两表面与壁温T3?300K的大房间进行辐射交换。要求： （1）画出该体系辐射网络图 （2）计算表面1的辐射热损失Q

（3）计算表面?的温度T2 （假定表面1和表面?的背面不参与热交换）（18分）

7．试导出如附图所示平板流动速度边界层厚度?(x)的计算式。已知边界层的速度分布为

uu?y，边界层动量积分方程式为???ddx0??u(u??u)udy????yy?0（15分）

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1999年硕士研究生入学考试试题 试题名称 传热学（含流体力学）

1.流体与两平行平板间的对流换热如下面两图所示.试画出两种情况下流体温度分布线 <注

直接画在下面两张图上>(4分)

2.对于右图所示几何结构,试导出从沟槽表面发出的辐射能中落到沟槽外面的部分所占的百分数计算式.设在垂直与纸面方向为无穷长. (5分)

3.两块不同材料的平板组成右图所示的大平板.两板的面积分别为F1,F2导热系数分别为λ1,λ2.如果该大平板的两个表面分别维持在均匀的温度t1及t2.试导出通过该大平板的导热量Q的计算式.

4.某一瞬间,假定一厚为δ的无限大平板的温度分布可表示成t?C1x?C2的形式,其中

2C1和C2为已知常数.要求:

<1>导出此时刻在x=0表面处的热流密度q

?t <2>证明此时刻平板平均温度随时间的变化率 ??料导温系数.(15分)

2?2ac1这里,a为平板材

5.q=1000w/m的热流密度沿x方向通过厚δ=20mm平板<见右图>.已知在x=0,10 及20mm处温度分别为100℃,60℃及40℃.试据此数据确定平板材料导热系数λ=?0(1?bt) ( t 为平均温度)中的λ0及b. (18分)