2017年哈尔滨工业大学航天学院820工程流体力学考研题库
● 摘要
一、简答题
1. 以任意位置两表面之间用角系数来计算辐射换热,这对物体表面做了哪些基本假设?
【答案】推导角系数的三条假设是:
; (1)换热表面为非凹表面(排除表面自身辐射换热的情况)
(2)换热表面为漫福射表面,即物体发射的定向辐射强度及反射的定向辐射强度与方向无关;(3)物体表面的辐射物性均匀,即温度均匀,发射率及反射率均匀。
2. 热量、热流量与热流密度有何联系与区别?
【答案】(1)①热量Q ,其单位为J (kJ ); ②热流量传递的热量,又称传热速率;③热流密度q ,其单位为积所传递的热量。
(2)如记为传热时间,则三者间有如下的关系:
式中,A 为传热面积,
3. 两根直径不同的蒸汽管道,外表面敷设厚度相同,材料相同的绝热层。若两管道绝热层内外表面温度分别相同,两者每米长的热损失相同吗?
【答案】不相同,大管的传热面积大,热损失大。
4. 冬天,在相同的室外温度条件下,为什么骑摩托车比步行时感到更冷些,一般要戴皮手套和护膝?
【答案】因为强制对流换热强度与流体壁面之间的相对速度有关,相对速度越大,对流换热越强。与步行相比,骑摩托车时相对速度较大,对流换热强度大些,因此人体会散失较多的热量从而感到更冷些。
皮手套和护膝,由于透气性差、导热系数小,增加了传热热阻,降低了散热量,从而起到保护作用。
5. 蒸气中含有不凝结性气体,对膜状凝结换热有何影响?为什么?
【答案】蒸气中含有不凝结性气体,会使得膜状凝结换热表面传热系数大大减小。 原因:蒸气中含有不凝结性气体,在靠近液膜表面的蒸气侧,随着蒸气的凝结,蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增加,蒸气抵达液膜表面进行凝结前,必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层,不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力;同时蒸气分压力的下降,使相应的饱和温度下降,
减小了凝结的动力
也使得凝结过程削弱。
其单位为W (kW ),
是单位时间内
q 是单位时间内通过单位面
6. 为什么Pr>l的流体
,
由积分方程解也可
所以,Pr>l时,
代表了
【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:
7. 试说明
数的物理意义。
及
各代表什么样的换热条件?有人认为,
绝热工况,你是否赞同这一观点,为什么?
【答案】(1)(2)①求解;②
(3)认为
数的物理意义是物体内外热阻之比的相对值。
时说明传热热阻主要在边界,内部温度趋于均匀,可以用集总参数法进行分析时,说明传热热阻主要在内部,可以近似认为壁温就是流体温度。
代表绝热工况是不正确的,
的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大,
而绝热工况下边界热阻无限大。
8. 如何强化膜状凝结换热,试举出一个强化水平管外凝结换热的例子。
【答案】强化膜状凝结换热基本原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜厚度;实现方法:用各种带尖峰的表面使在其上冷凝的液膜减薄,以及使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。如利用沟槽管,使液流在下排过程中分段排泄。
9. 两滴完全相同的水珠分别落在120℃和400℃的铁板上,哪一滴先汽化掉,说明原因。
【答案】落在120℃铁板上的水珠先汽化。因为120℃铁板上的水珠在核态沸腾区换热强,400℃铁板上的水珠位于稳定膜态沸腾,热量要经过热阻较大的气膜,换热系数非常小。
10.等温面与等温线的特点?
【答案】(1)温度不同的等温面或等温线彼此不能相交;
(2)在连续的温度场中,等温面或等温线不会中断,它们或者是物体中完全封闭的曲面(曲,或者就终止于物体的边界上; 线)
(3)等温面或等温线的分布并不一定均匀。
二、计算题
11.一薄板开始时处于均匀温度为200℃的环境中,在某时刻节点为1和5,图)。已知物性参数和厚度均为常数,无内热源。
图 薄板节点示意图
【答案】根据题意,该问题为一维非稳态导热,板右侧边界节点5的温度始终为0℃,即
:
针对左侧边界节点1列热平衡方程:
板右侧的温度突然降为0℃,
左侧绝热。用控制容积热平衡法写出各节点的离散方程并求解。(假设节点共划分为5个,边界
即:同理,得:
取Fo=0.5,根据以上方程将前几组计算结果列成表:
表 方程计算结果表
随着计算时间的推移,各点温度将趋于零。
12.把一初始温度的物性参数为:a
要多长时间(不考虑玻璃热阻)?
【答案】(1)设室温为所以,测温误差为:
(2)
可用集总参数法求解:
的水银温度计吊入一大房间内测量室温,水银温度计的接受元件为直径
与空气间的表面传热系数
已知房间内壁面温度
水银温度计求:(1)当温度
d=6mm的球体,其表面发射率
计指示温度稳定为27℃时,测温误差为多少?(2)忽略辐射换热,温度计从20℃上升到27℃需
水银温度计的指示温度为t ,即有热平衡方程为: