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一、简答题

1． 从泡态沸腾机理分析，为什么大容器核态沸腾时，沸腾液体具有一定的过热度？

【答案】气泡处于既不长大，又不缩小的平衡状态时，必须满足的力平衡条件和热平衡条件分别为:

当忽略液柱静压差时，

由热平衡条件可知，

与

对应的饱和温度为

令

与

对应的蒸气饱和温度为

由于

可以看出，沸腾液体总是具有一定的过

热度

2． 若严冬和盛夏时室内温度均维持20℃，人裸背站在室内，其冷热感是否冬夏相同？

【答案】不相同。人体与周围环境的热交换包括对流换热和辐射换热。（1）对流换热，本题可认为对流换热量冬夏差别不大，因为人体温度冬夏基本相同，室内空气温度相同，其自然对流换热系数及换热温差相同，因此对流换热量基本相同；（2）辐射换热，辐射换热量冬夏差别较大，因为冬季围护结构温度比夏季要低得多，因此冬季人体通过辐射散热量要大于夏季，当严冬和盛 夏时室内温度均维持20℃，人裸背站在室内，其冷热感冬夏是不同的，冬季会有明显更冷的感觉。

3． 试述数和数的区别。

【答案】

数中的为流体的导热系数，

为影响边界层厚度的几何尺寸。

数反映靠近壁面流体层

数反映物体内部的导热热阻与外部的换热热阻之间的

数中的为物体的导热系数，为固体壁（如壁厚等）的某一尺寸；的导热热阻与对流换热热阻的相对大小；相对大小。

4． 为什么Pr>l的流体

，

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：

5． 写出基尔霍夫定律的数学表达式，说明其含义及适用条件。

【答案】

表明善于吸收的物体必善于发射，反之亦然。适用条件:实际物体与黑体投

射辐射处于热平衡，或者为灰体。

6． 发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情形下可以按一维问题来处理？

【答案】（1）两端面绝热，圆周方向换热条件相同时，可以认为温度场只在半径方向发生变化；

（2）圆周面绝热，两端面上温度均匀，可以认为温度场只在轴向发生变化。

7． 怎样计算流体在粗糙管中流动时的表面传热系数？粗糙管内的层流流动换热是否能采用光滑管公式计算？为什么？

【答案】（1）流体力学对粗糙管壁内的流动进行了大量的实验研究，积累了大量的摩擦系数实验数据。因此，粗糙管内的换热计算可以采用类比公式，即

来进行计算。当缺乏阻

且

力数据，不能采用类比公式进行换热计算，且无实验获得的粗糙管内准则关联式时，可采用光滑管实验关联式进行换热计算。但关联式计算结果必须乘以粗糙管壁修正系数

（2）粗糙管内的层流流动换热能采用光滑管公式计算。

（3）粗糙管内的层流流动换热能采用光滑管公式计算的原因是因为当粗糙管内的流态为层流时，由于糙粒高度被边界层所覆盖，其强化传热的作用已消失，故可采用光滑管公式进行计算，结果勿需修正。

8． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。

【答案】用一只手握住盛有热水的杯子，手所感受到的是杯子外壁面的温度。不搅拌时，杯中的水与杯子间为自然对流传热，这种情况下的对流传热系数相对较小，杯子外壁面的温度相对较低；当另一只手用筷子快速搅拌热水，水在杯中随着搅拌而旋转，水与杯子间的换热为强制对流换热，对流传热系数增大，水与杯子间的换热量增加，杯子外壁面的温度升高，因此握杯子的手会显著地感到热。

9． 利用肋化换热器来实现水与空气间的换热，若要强化传热，应将肋片加在空气侧还是水侧？为什么？

【答案】（1）为强化传热，应将肋片加在空气侧。（2）原因:与水侧相比，空气侧对流换热系数较小、热阻较大，加肋片后可显著降低传热热阻，提高传热量。

10．对于第一类边界条件的稳态导热问题，其温度分布与导热系数有没有关系？

【答案】导热问题的完整数学描述包括导热微分方程和定解条件。在导热系数为常数的稳态导热问题中，只有第一类边界条件下的无内热源稳态导热问题的分析解才与导热系数没有关系，即导热系数只影响热流量，而不影响温度场。

二、计算题

11．水以温度

的流量在内径试求水被冷却到

的管内流动，管子内壁面的温度保持时的管子长度。

水的进口

给出水的物性量为：

计算公式：管内层流流动换热管内紊流流动换热：管外流动：【答案】定性温度：查处相关物性。代入紊流公式，得：由能量平衡得：

12．绝对压强为

为紊流。

。

的饱和水蒸气，用水平放置的壁温为90℃的铜管束来凝结。有下

列2种选择:用一根直径为100mm 的铜管或用10根直径为10mm 的铜管。试问:（1）这2种选择所产生的凝结液量是否相同？最多可以相差多少？（2）要使凝结液量的差别最大，小管径系统应如何布置（不考虑容积的因素）？（3）上述结论与蒸气压强、铜管壁温是否有关（保证2种布置的其他条件相同）？

【答案】设

则:

可见，单根管均为水平放置时，小管表面传热系数

是大管的1.78倍。

当10根10mm 直径小管均为水平放置时:

可见，产生的凝结液量不相同，最多可以相差1.78倍。小管径均水平放置时，由于水平放置具有最大的凝结换热表面传热系数。因此可以产生最大的凝结液量。若改变蒸气压强和铜管壁温，r 与

均发生变化，h 也要发生变化，但相同条件下，

均仅与管径之比有关。因