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一、简答题

1． 建立图中所示气泡生成的条件。

图

【答案】在液体沸腾过程中一个球形汽泡存在的条件是液体必须有一定的过热度。这是因为从汽泡的力平衡条件得出

们各自对应的饱和温度就不同有饱和温度，那么液体温度

2． 为什么Pr>l的流体

，，只要汽泡半径不是无穷大，蒸汽压力就大于液体压力，它又由汽泡热平衡条件有，而汽泡存在必须保持其，即大于其对应的饱和温度，也就是液体必须过热。

由积分方程解也可

所以，Pr>l时， 【答案】Pr>l，说明流体传递动量的能力大于传递热量的能力，因此以证明这一点。由动量积分方程得：

3． 夏季在维持20°C 的空调教室内听课，穿单衣感觉很舒适，而冬季在同样温度的同一教室内

听课却必须穿绒衣。假设湿度不是影响的因素，试从传热的观点分析这种反常的“舒适温度”现象。

【答案】夏季人体的散热量为:

冬季人体的散热量为:

式中:

射换热量

；分别为夏季和冬季人体的总散热量；分别为夏季人体的对流换热量与辐分别为冬季人体的对流换热量与辐射换热量。

所以在室这种反常的“舒适温度”现象是由于冬夏两季室内的风速变化不大，

因此对流换热量但由于人体与围护结构内壁面的温差冬季远大于夏季，辐射换热量

温相同时，

说明人体冬季散热量更多，为维持热舒适，冬季应多穿或者穿厚一些的衣物。

4． 从传热角度解释冬天室内散热器应该放置的合理位置。

【答案】冬天室内散热器应放置在相对较低的位置，这种情况下，散热器周围空气形成自然对流，被加热的空气密度减小向上浮升，从而整个房间的空气都被加热；散热器尽量放置在靠近外墙、外窗处，这样室外冷空气进入室内后即被散热器加热，保证流过室内的空气为热空气，不至使人产生吹冷风的感觉。

5． 根据对导热系数主要影响因素的分析，试说明在选择和安装保温隔热材料时要注意哪些问题。

【答案】（1）根据工作温度选择适合的保温材料；

（2）进行保温计算时应考虑温度对保温材料导热系数的影响；

（3）选择导热系数小的材料，其密度在最佳密度附近，使其具有最佳保温性能；

（4）保温材料的保温性能受水分影响很大，必须采取防水措施；

（5）采用各向异性材料时要注意导热方向对导热系数的影响。

6． 大容器沸腾换热过程有哪几个主要的区域，并指出临界热流密度在什么情况下会对加热壁面造成损坏？

【答案】大容器沸腾换热过程有四个主要的区域，分别是:自然对流沸腾区、核态沸腾区、过渡沸腾区和膜态沸腾区。

由于到达临界热流密度后加热壁面温度的升高反而使热流密度下降，直至进入稳定膜态沸腾后换热热流密度才随热流密度的升高而再次増加，但此时加热壁面温度已相当高。这样，在控制热流密度的加热过程中，当加热热流密度高于临界热流密度后就会引起壁面温度的急剧升高，从而会造成加热壁面的损坏（如电加热、核反应堆燃料棒的加热过程）。因此，在实际工作中应避免沸腾换热的设备运行在临界热流密度附近。如果是控制加热壁面温度的加热过程就不会出现上述现象，也就不必控制临界热流密度。

7． 饱和水在水平加热表面上沸腾（壁面温度可控）时，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是否也增加？为什么？

【答案】在自然对流区和核态沸腾区，随着壁面过热度

热系数是增加的，因随

增加。 当进一步提高

再提高时，进入过渡沸腾区。这时，由于的增加，在加热表面上形成一层汽膜，汽膜的导热系数较小，热阻增加，致使沸腾换热表面传热系数下降。 进入稳定膜态沸腾区，加热表面上形成稳定的汽膜层。这时汽化只能在汽-液交界

的増加而增加。 面上进行。汽化所需热量靠导热、对流、辐射通过汽膜传递。因这时壁温很高，辐射热量急剧增加，沸腾换热表面传热系数又随

的增加，沸腾换热表面传的増加产生汽泡的核心数增加，汽泡对流体的扰动剧增，表面传热系数

8． 掠平壁层流边界层内，为什么存在壁面法线方向（y 向）的速度v?

【答案】y 向的速度v 是由于边界层不断増厚，所排挤掉的流体产生的速度。

二、计算题

9． 以薄壁不锈钢管作导体通电加热在管内流动的气体，管子裸露置于室内，试写出在稳态情况下，该管长dx 微元段的热平衡关系。已知钢管电阻为R ，

【答案】热平衡关系如图所示，热平衡关系式应为：

通电加热量=钢管外表面与室内空气的对流换热量+钢管内表面与管内气体的对流换热量 图中，管内气体的质量流量及其电加热量分别为：

热平衡方程为：

式中：分别为管内、外的表面传热系数，为室温。

电流为I ，A 。

图

10．为测定管道内蒸汽的温度，在管道壁安装了套管温度计，套管直径为20mm ，长70mm ，壁厚2mm ，套管材料导热系数为

表面传热系数为蒸汽管道壁温为50℃，蒸汽与套管间的对流换热若温度计指示温度为155℃，试确定蒸汽的真实温度。

温度计套管与周围环境之间存在着3种方式【答案】套管温度计可视为一个空心等截面直肋，由于温度计的感温泡与套管顶部直接接触，可以认为温度计的读数就是套管顶端的壁面温度

的热量传递：①通过套管壁从端部向基部的导热；②与蒸汽之间的对流换热；③与蒸汽管内壁面之间的辐射换热。稳态时，对流换热获得的热量应等于导热量和辐射换热量。因此，套管端部温度必然低于蒸汽温度，这就是存在测温误差的原因。