2017年华中科技大学能源与动力工程学院812传热学考研导师圈点必考题汇编
● 摘要
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，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。 饱和温度，那么液体温度
2． 简要画出大空间沸腾换热的沸腾曲线，简述大空间沸腾换热的主要过程与机理。
【答案】如图所示。
水在1个大气压下大空间沸腾换热的沸腾曲线如图所示。随着壁面过热度的増高，出现4个换热规律不同的区域。
（1）自然对流沸腾:沸腾温差很小，壁面上只有少量气泡产生，而且气泡不能脱离壁和上浮，看不到沸腾的现象，热量依靠自然对流过程传递到主体。
（2）泡态沸腾:B 点后开始产生大量气泡。气泡在壁上生成、长大，随后因浮力作用而离开壁。由于气泡大量迅速的生成和它的激烈运动，换热强度剧增，热流密度急剧增大，直到达到热流密度的峰值。
（3）过渡态:C 点后，生成的气泡过多，在加热面上形成气膜，开始时是不稳定的，气膜会突然裂开变成大气泡离开壁，阻碍了传热，换热状况恶化。
（4）膜态沸腾:壁面全部被一层稳定的气膜所覆盖，气化只能在气膜与液的交界面上进行，气化所需要的热量靠导热、对流、辐射通过气膜传递。此时壁温很高，辐射换热随热力学温度4次方急剧增加，D 点后热流密度又继续回升。
图 大空间沸腾换热的沸腾曲线
3． 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。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，准确度越高。
4． 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。
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． 对于流体外掠平板的流动，试利用数量级分析的方法，说明边界层内垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。
【答案】
设流体的来流速度为
平板的长度为
边界层厚度为由边界层理论知
在边界层内
的变化范围为的变化范围为
根据连续方程有的变化范围为
利用量级分析有：的变化范围为即所以垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。
二、计算题
7． 已知换热器内热流体为2程流动，冷流体为1程流动，说明图 所示各形式哪些是可实现的？冷、热流体各是什么过程？
图1 换热器内温度分析图
【答案】首先要分析换热器流体温度变化规律。无论是顺流或逆流，在换热器任一微元换热面积dA 内，由热量平衡关系，热流体温升数值可按下式计算:
A O —沿长度方向单位管长时的换热面积。
故热流体温度变化率:
同理，冷流体温度变化率:
在换热器中冷热流体呈顺流的部分，
故，故从进口到出口，时， 故，故温度曲线的形状如图时
，2所示。在换热器中冷热流体呈逆流的部分，如图3所示，因
由平缓变得陡峭，热流体温度曲线的形状如图3所示。 温度曲线的斜率绝对值均是从小变大，曲线
根据上述分析，问题中只有图1（c ）和（e ）中流动温度变化趋势完全符合逆流、顺流时规律，因而图1（c ）和（e ）是可实现的。具体流动形式是图1（c ）中热流体无相变换热，冷流体是蒸发过程；图1（e ）中热流体在第一程内是凝结换热，第二程内是液体过冷的过程；冷流体是蒸发过程。
图1（a ）、（b ）和（d ）均不能实现，因为其中的顺流或是逆流，沿流动方向的温度变化不符合所述分析。