北 京 科 技 大 学
2011年硕士学位研究生入学考试试题
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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。
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一．（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
0.4Nuf?0.023Re0.8fPrf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= 0.6 cm, 面积为 A = 160 cm2，热导率（或称导热系数）λ= 20 W/（m · °C）。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85°C。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。
T =85 ?C
800 绝热
160
电阻加热
底板
三．（25分）直径为0.012m的不锈钢轴承滚珠 (密度ρ =8085 kg/m3，热导率λ =15.1 W/(m · °C)，比热容Cp = 0.480 kJ/kg · °C，热扩散率? = 3.91 ?10-6 m2/s) 将在水中进行淬火处理。轴承滚珠离开加热炉时温度均匀，为900°C，而后在温度为30°C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850°C，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 125 W/(m2 · °C)）。
四．（25分）在一次对流换热试验中，10?C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 · °C)。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?0.023RefPrf，在平均温度下，水的物性参数如下：密度??999kg/m，比热容Cp?4187J/kg?K，热导率??0.5865W/(m?C)，运动粘度??1.156?10m/s，普朗特数Pr?8.27。
五．（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。
六．（25分）用进口温度为12?C、质量流量为18×103kg/h的水冷却从分馏器中得到的80?C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/(m2?K)。己知苯的汽化潜热为395×103J/kg，比热容为1758J/(kg?K)。试确定将质量流量为3600kg/h的苯蒸气凝结并过冷到40?C所需的换热面积。
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