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一、简答题

1． 非稳态导热物体可以用集总参数法分析的条件是什么？

【答案】导热物体内部导热热阻忽略不计，即任一时刻物体内温度相同。实用判别条件为

：

或（M 是与物体几何形状有关的无量纲数）

2． 水和同温空气冷却物体，为什么水的表面传热系数比空气大得多？

【答案】（1）水的导热系数比同温度下空气的导热系数大20多倍，其以导热方式传递热量的能力比空气强；

（2）水的比热容比空气的比热容大得多，

常温下水的

面传热系数比空气大得多。

3． 什么是非稳态导热问题的乘积解法，该解法使用条件是什么？

【答案】（1）对于二维或三维非稳态导热问题的解等于对应几个一维问题解的乘积，其解的形式是无量纲过余温度，这就是非稳态导热问题的乘积解法。

（2）非稳态导热问题的乘积解法使用条件是恒温介质，第三类边界条件或边界温度为定值、初始温度为常数。

4． 什么是“半无限大”物体？半无限大物体的非稳态导热存在正规状况阶段吗？

【答案】（1）所谓“半无限大”物体，是指平面一侧空间无限延伸的物体。

（2）因为物体向纵深无限延伸，初始温度的影响就远不会消除，所以半无限大物体的非稳态导热不存在正规状况阶段。

5． 为什么珠状凝结的表面传热系数比膜状凝结的高？

【答案】由于珠状凝结时表面不易形成凝结液膜，相比膜状凝结没有液体膜层热阻，蒸气直接与冷壁面接触，因而表面传热系数高。

6． 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，而空气的两者相差悬殊，水以热对流方式转移热量的能力比空气大得多，因此水的表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。

7． 简述温室效应是怎么回事？

【答案】（1）对于普通玻璃、塑料薄膜、非对称的双原子气体及多元子气体等介质，可以透射可见光，但可以阻隔红外线。

（2）当可见光透射过这些介质后，被这些介质包围的固体吸收；

（3）另一方面，固体的温度相对较低，发出的辐射能绝大部分是红外线。

（4）红外线无法透过这些介质，使得被这些介质包围的固体的温度升高。这就是温室效应。

8． 分析双层保温杯中从热水到外界环境的传热过程，并提出提高保温性能的措施或途径。

【答案】（1）传热过程:内部水通过向对流换热传热给内层内壁，而后通过导热传给内层外壁，内层外壁通过对流换热及辐射换热传热给外层内壁，内壁通过导热传热给外层外壁，外壁通过自然对流换热与外界空气交换热量。

（2）措施:内、外层间抽真空，内层外壁及外层内壁作表面处理，减小表面发射率，内、外层间加层，相当于加遮热板。

9． 结合非稳态导热分析解的形式，分析热扩散率在非稳态导热中的作用。

【答案】从分析解形式可见，物体的无量纲过余温度是傅里叶数的负指数函数，即表示在相同尺寸及换热条件下，热扩散率越大的物体到达指定温度所需的时间越短，这正说明热扩散率所代表的物理含义。

10．什么叫时间常数？试分析测量恒定的流体温度时对测量准确度的影响。

【答案】（1）具有时间的量纲，称为时间常数；

对测量准确度的影响：数值上等于过余温度为初始过余温度（2）

测量恒定的流体温度时

的0.368

时所经历的时间。

准确度越高。

越小，表示物体热惯性越小，到达流体温度的时间越短。测温元件的时间常数大小对恒温流体的测量准确度没有影响，对变温流体的测量准确度有影响，越小，

二、计算题

11．一个球形人工黑腔如图1所示，人工黑腔外部表面采用良好的保温材料使得对环境的散热很小，以致可以忽略。已知空腔内表面半径为R ，表面黑度为

的半径为r ,

且试确定小孔的发射率壁面某位置处开一微小小孔，小孔的大小，并探讨R 和对的影响状况。

图1

【答案】由人工黑腔小孔发射出去的辐射能应等于人工黑腔内壁面

黑体表面

即:

式中—人工黑体腔内表面积，

因为

吸收的辐射能，即:

之间的辐射换热量。 与等价的温度为0K 的—小孔面积，

—小孔对空腔内壁的角系数，且人工黑腔小孔发射出去的辐射能还应等于黑体表面

则可得:

可得人工黑体腔的小孔发射率表达式为:

小孔发射率随人工黑体腔内表面发射率的变化规律见图2所示:

由图2可以看出，当空腔的开口相对于空腔内表面积越小、内壁面发射率越大，人工黑体腔越接近于绝对黑体。即使空腔内壁面发射率为0.2, 只要空腔内表面半径高于小孔半径10倍及以上，小孔的发射率便可达0.99以上，可以近似为黑体处理。当空腔内表面半径达到小孔半径50倍以上时，小孔的发射率几乎不受空腔内壁发射率影响。