2016-2018年华南理工大学836流体力学与传热硕士研究生入学考试题

836

华南理工大学

2018年攻读硕士学位研究生入学考试试卷

（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）

科目名称：流体力学与传热

适用专业：化工过程机械 共 页

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一、名词解释（每题5分，共30分）

1. 热边界层；

2. 换热器效能；

3. 接触热阻；

4. 粘滞性；

5. 流体局部能量损失；

6. 流体连续介质假定。

二、问答题（每题10分，共40分）

1. 分别写出Re

、Fo

、Bi

、Nu

、Pr

各准则的表达式，并阐述其物理意义。

2. 某一架空敷设的电缆使用时发现绝缘层温度过高，为降温特剥去一层绝缘材料，

结果发现温度更高，试解释其原因。

3. 流线的微分方程为

xyzdxdydz

vvv是怎么推导出来的？

4. 写出伯努利方程，解释各项的物理含义以及其适用条件。

三、计算题（共80分）

1. （10分）水以1.5 m/s的速度流过内径为25 mm的加热管。管的内壁温度保持100℃，

水的进口温度为15℃。若要使水的出口温度达到85℃，求单位管长的换热量。（已知：

湍流时管内强制对流换热公式0.80.4

Nu0.023RePr

，水在50℃时

=0.56610-6

m2

/s，Pr

=3.54，

=0.648W/(m·K)）

2. （15分）一换热器，水以0.4m/s的速度在管内流动，进口温度为20℃，被加热到

60℃。压力为0.4736105

Pa的饱和水蒸气在管外凝结，每小时的蒸汽量为1000kg，

蒸汽侧的凝结表面换热系数为13740 W/(m2

·K)，换热管外径25mm，壁厚1.5mm，

换热管为铜管，导热系数

=109 W/(m·K)。试计算换热器所需的换热面积是多少？

3. （15分）用一个壳管式换热器来冷凝40℃的饱和水蒸气，其汽化潜热为2407kJ/kg，

要求每小时凝结18kg蒸汽，进入换热器的冷却水温度为25℃，离开时的温度为35℃，

第 2 页 设换热器的传热系数为1800 W/(m2

·K)，求：

（1）对数平均温差；

（2）所需的换热面积；

（3）换热器的效能和传热单元数。

4. （10分）给定拉格朗日流场：(2t/k)

xae



,t/k

ybe

,t/k

zce

,其中k为常数。试判

断：①是否稳态流动；②是否不可压缩流场；③是否有旋流动。

5. （15分）如下图所示，一水枪在距离地面h=0.8m的高度以

=40°的仰角将水喷

射到L=5m远的地点。喷枪口直径d=0.0125m，水的密度

=1000kg/m3

。试确定喷口

处的质量流量。

6. (15分) 如下图所示，密度为900 kg/m3

的某液体从敞口容器A经过内径为40mm

的管路进入敞口容器B，两容器内的液面高度恒定，管路中有一调节阀，阀前管长65m，

阀后管长25m（均包括全部局部阻力的当量长度，进出口阻力忽略不计）。当阀门全

关闭时，阀前后的压力表读数分别为80kPa和40kPa。现将调节阀开至某一开度，阀

门阻力的当量长度为30m，直管摩擦系数

=0.0045。试求：

①管内的流量为多少m3

/h？

②阀门前后的压力表的读数分别为多少kPa？

③若将阀门调至另一开度，且液面高度不再保持恒定（液面初始高度同上），试求两

液面高度差降至3m时所需的时间。（两容器内径均为5m，假定流动系统总能量损失

为2

15

fhu

，重力加速度g=9.81m/s2

）。

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2017年攻读硕士学位研究生入学考试试卷

（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）

科目名称：流体力学与传热

适用专业：化工过程机械 共 页

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一 名词解释（每小题5分，共5题，共25分）

1. 换热器效能

2. 表面传热系数

3. 污垢系数

4. 沿程损失

5. 动力相似

二 简答题（每小题10分，共6题，共60分）

1. 雷诺数的力学意义是什么？为什么它能判别流态？

2. 不同流区沿程阻力系数

的影响因素是什么？

3. 增强传热的原则是什么？

4. 请简述换热器采用效能—传热单元数法进行设计计算时的基本步骤。

5. 在计算换热器平均传热温差时，针对逆流换热器和顺流换热器有着什么样的区

别？

6. 流体粘度均随温度的升高而降低吗？为什么？

三 计算题（5题，共65分）

1. 如图1所示，水平放置的内径d

1 =10.0cm的管与内径d

2=5.0cm的管光滑地连接在

一起，内径d

1 的管内空气以流量4.71 m3

/min 流动，连接部内径d

1 侧压力 p

1 =2.0

atm。试求连接管内径d

2 侧的流速和压力。忽略摩擦损失，空气密度为1.23kg/m3

。

（10分）

图 1 不同管径的管内流速

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2. 已知二维平面流动的流速分布为：

u46

xyxt

，

yu69yxt

。试回答以

下问题：①当t=2

时，流场中的点（2,4）处的加速度；②判别流动是否是定常流动？

是否是均匀流？（10分）

3. 已知船舶模型的长度比例尺

lk40

，当模型在水槽中以1.2m/s的速度运动时，测

得其所受阻力为0.02N。试求原型船舶航行速度和所受到的阻力。（10分）

4. 流量为3.783 kg/s的水在一个壳管式换热器中从37.78 o

C加热到54.44 o

C,。另外一

股水作为加热流体从壳侧单程流动，它的流量1.892 kg/s，进入换热器的温度为93.33

o

C。总的传热系数为1419 w/m2

·o

C， 在1.905 cm直径的管内，水的平均流速为0.366

m/s。因为空间的限制，管长不能大于2.438 m。为了满足这个条件，试计算所需要的

管程数，每个管程的管子数及管长。（15分）

图2 壳侧单程、管侧2、4或任意多程的列管式换热器的修正因子曲线

5. 一肋片管式余热换热器，废弃进口 t’

1=300 o

C，出口t”

1=100 o

C; 水由t’

2=35 o

C 加

热升到t”

2=125 o

C，水的质流量M

2=1kg/s。废气比热容c

1 =1000J/(kg·K)，一肋片侧

面积为基准的传热系数 k = 100 W/(m2

·K)。试用LMTD法以及ε-NTU法确定肋片侧

的传热面积。（水的温度为80 o

C时, 比热容c

=4195J/(kg·K)）(20分)

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图3 两侧流体均不混合ε

t

图4 一次交叉流体（两种流体不混合）ε=f(NTU, C

min/C

max) 836

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2016年攻读硕士学位研究生入学考试试卷

（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）

科目名称：流体力学与传热

适用专业：化工过程机械，油气储运工程 共2页

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一 名词解释 （每小题5分， 共20分）

1. 雷诺相似准则

2. 迹线

3. 换热器效能

4. 最大可能传热量

二 简答题（每小题10分，共40分）

1. 简要说明流体边界层的定义，流体边界层的厚度如何确定？

2. 运用圆管沿程损失计算公式进行非圆管计算时，什么情况下可用当量直径d

e 代替

计算，而哪些情况下的计算又不能用当量直径d

e 代替？请简要说明。

3. 间壁式换热器的总传热热阻由哪几项组成？从热阻方面考虑，如何强化间壁式换

热器的传热？

4. 请简述采用对数平均温差法进行换热器校核热计算时的基本步骤。

三 计算题 （共90分）

1. 已知平面流动的速度分量为： 2

xuxt，2

yuyt。求：当 1t时，点 M（1,1）

的流线方程。（15分）

2. 如图1水泵进水系统所示，3hm，管径0.25dm，同时1，2断面间的总水头

损失为2

8.5

2wv

h

g，断面2处的真空度为

24.08vP

HO

，求这一水泵进水系统的流量。

（15分）

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图1 水泵进水系统

3. 对某一桥墩采用模型比例为1

6m

nl

l进行实验。已经模型中水流速度为0.76 m/s，实

测模型桥墩水流作用力为4 N， 求原型中相应的流速与作用力。（15分）

4. 质量流量为2.4 kg/s冷流体（比焓为0.81 kJ/kg•K）进入一台逆流换热器，进入换

热器时的温度为0℃，在换热器中被质量流量为2 kg/s热流体（比焓为0.96 kJ/kg•K）

加热到400℃，热流体进入换热器的温度为700℃。1）热流体流出换热器的温度为多

少℃？2）在其它状态都不变的情况下，如果要将冷流体加热到500℃，此逆流换热

器的面积需要增加的百分比是多少？（20分）

5.一台套管式油冷却器里，热油在252.5mm的金属管内流动，冷却水在套管环隙内

流动，油和水的质量流量都为0.06 kg/s，油的进、出口温度分别为150℃和80℃，水

的进口温度为20℃。油侧对流传热系数为1.5 kW/m2

•K，水侧的对流传热系数为3.5

kW/m2

•K，油的比热为2.0 kJ/kg•K，试分别计算套管式油冷却器在逆流和顺流操作

时所需要的管长（计算时可忽略污垢热阻及管壁导热热阻）。（25分）