2017年东南大学建筑学院918传热学考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 管内受迫对流换热时，对于横管和竖管中流体被加热和被冷却，自然对流的影响各有什么不同？什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响？
【答案】（1）对于横管，流体不管被冷却还是被加热，都将有利于换热。因为当横管中流体被冷却时，由于管心温度高于管壁，将形成管心向上而沿管壁向下的垂直于受迫流动方向的环流；而当横管中流体被加热时，由于管心温度低于管壁，将形成由管心向下而沿管壁向上的垂直于受迫流动方向的环流；由于都形成了环流，加强了边界层的扰动，所以都将有利于换热。
对于竖管，当流体向上流动时，如果流体被冷却，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反，这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热；如果流体被加热，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热。当流体向下流动时，则自然对流对换热的影响与流体向上流动正好相反。如流体被冷却，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热；如果流体被加热，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反。这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热。
（2）至于什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响，可通过惯性力和浮升力数量级的对比进行判断，一般，当时，就应考虑自然对流的影响。
2． 两物体的温度分别为100℃及200℃，若将其温度各提高450℃并维持其温差不变，其辐射换热热流量是否变化？
【答案】会发生变化。因为物体的辐射力与其热力学温度的四次方成正比，而非一次方成正比。
3． 试说明集总参数法的物理概念及数学上处理的特点。
【答案】（1）集总参数法的物理概念是指当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力，而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数；
（2）集总参数法数学上处理的特点：数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程，大大降低了求解难度。
4． 什么是时间常数？用热电偶测量温度变化着的气流温度时如何提高测量精度？
【答案】时间常数用热电偶测量温度变化着的气流温度时应尽可能减小时间常数，在热电偶材料一定时，增大对流换热系数，减小体积，增大面积，或减小体积面积比。
5． 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。
6． 不同温度的等温面（线）不能相交，热流线能相交吗? 热流线为什么与等温线垂直？
【答案】（1）热流线也不能相交。这是因为与热流线垂直方向没有热流分量。
（2）热流线与等温线垂直的原因是因为如热流线不垂直于等温线，则等温线上必有一热流分量。而等温线上无温差，q=0, 只有热流线垂直于等温线才能使等温线上的分热流为零。
7． 为什么Pr>l的流体
，
【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：
8． 叙述理论求解表面传热系数的基本途径。
【答案】对于常物性流体的对流换热问题，温度场与速度场可分别独立求解，属于非耦合问题。理论分析求解表面传热系数的基本途径是：
（1）由连续性方程和动量微分方程结合定解条件求出速度场；
（2）已知速度场后，由能量方程结合定解条件求出温度场；
（3）由对流换热过程微分方程式求出局部表面传热系数；
（4）由积分方式求出平均表面传热系数。
如物性随温度变化，温度场与速度场必须联立求解，属于耦合问题。
9． 简述和准则的物理意义。和时，一维平板非稳态导热温度分布的特点（用所以，Pr>l时， 由积分方程解也可图形表示）。 【答案】表示物体内部导热热阻与物体表面对流换热热阴的比值，它和第三类边界条件有密切的联系。
是非稳态导热过程中的无量纲时间，表示非稳态导热过程进行的深度。
意味着平板的导热热阻趋于零，平板内部各点的温度在任一时刻都趋于均匀一致，如
图1所示。
表明对流换热热阻趋于零，平板表面与流体之间的温差趋于零，如图2所示。
图
1
图2
10．由导热微分方程可见，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你说对吗？（提示：导热的完整数学描述为导热微分方程和定解条件）
【答案】上述观点不对。因为热扩散率中含有导热系数，而且导热问题的完整数学描述不仅包括控制方程，还包括定解条件，第二或第三类边界条件中都隐含着导热系数的影响。
二、计算题
11．有一套管式换热器利用热水加热原油。热水进出口温度分别为95℃和50℃，热水流量为0.8kg/s，比热为原油的进口温度为30℃，加热后变为60℃，
原油比热为
。忽略换热器的热损失，问:
（1）该换热器是逆流还是顺流？
（2）换热器的对数平均温差是多少？
（3）原油流量是多少？
（4）油水之间的换热量是多少？
【答案】由题意可知，
（1）由于原油出口温度大于热水出口温度，即
（2）换热器端差:
则判断为逆流。