2017年长沙理工大学能源与动力工程学院917传热学[专业硕士]考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 努谢尔特在建立竖壁层流膜状凝结换热模型时做了许多假设，在实际的膜状凝结过程中，由于不满足这些假设因素会对凝结过程带来哪些影响？
【答案】（1）如果有不凝结性气体存在，该气体因不凝结而聚集在冷凝面附近，使蒸气必须通过扩散才能到达冷凝面，从而使凝结换热性能大大降低。
（2）蒸气的流动，流动如果沿冷凝液流动方向，会使冷凝液膜变薄，从而增强换热，反之则削弱换热。逆方向高速流动的气流会吹落冷凝液膜，又使得换热增强。
（3）蒸气的过热和冷凝液膜的过冷也会影响凝结换热。实验证实，这项影响相对较小。
（4）在惯性力的作用下冷凝液膜的流动会使层流变为紊流，也会对凝结换热产生较大影响。
2． 在什么条件下物体表面的发射率等于它的吸收率否意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律？
【答案】（1）对于漫-灰表面（2）当反之则 时，并不意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律，因为基尔霍夫定律的基本表达
？在什么情况下？当时，是
式为
3． 图中是强化相变（凝结、沸腾）传热管示意图，试分析哪一种是凝结传热管，哪一种是沸腾传热管，为什么？
图 凝结（沸腾）传热管
【答案】图（a ）为凝结传热管。利用在表面张力的作用下，尖峰能够减薄液膜的原理，凝结
液会向尖峰中间的凹槽聚集，从而使尖峰处的液膜很薄，同时凹槽的结构有利于迅速排除凝结液。
图（b ）为沸腾传热管。传热管表面形成的众多孔隙结构，最容易产生汽化核心，有利于气泡的形成和发展，进而强化沸腾换热。
4． 试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。
【答案】（1）基本思想：把在时间、空间上连续的温度场用有限个离散点温度的集合来代替，通过求解按一定方法建立起来的关于这些点温度值的代数方程，获得各离散点上的温度值。
（2）步骤：①按所求问题的几何形状、求解精度和稳定性条件划分差分网络；②按物理条件和边界条件建立各节点差分方程，构成差分代数方程组；③求解。
5． 为什么白天从远处看房屋的窗孔有黑洞洞的感觉？
【答案】因为房屋尺寸比窗口尺寸大得多，外界通过窗口投射到房屋的能量，经房屋内壁多次吸收和反射，再经窗口射出的能量就比较小了，所以白天从远处看房屋窗孔就有黑洞洞的感觉。如果窗口足够小，就是人工黑体模型。
6． “对流换热”是否是基本的传热方式，它与“热对流”有何本质上的区别？解释这两种现象并作比较。
【答案】（1）本质上的区别：①通过流体的运动，把热量从一处带往另一处的现象称为热对流，热对流是基本的传热方式；
②当流体与壁面（或分界面）存在温差时，因相对运动而产生的热量传递现象称为对流换热，对流换热不是基本的传热方式。
（2）比较：①对流换热一定具有流体与固体壁面间的相对运动；
②对流换热是导热与热对流的综合作用；
③对流换热非基本传热方式。
7． 肋片高度增加引起两种效果:肋效率下降和散热表面积增加。因而有人认为，随着肋片高度的
增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片散热量反而会下降。试分析这一观点是否正确。
【答案】（1）这一观点是不正确的。
（2）计算公式表明，肋片散热量与
以散热量不会
随高度増加而下降。
8． 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。
9． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就被烧坏。试用传热学的观点分析这一现象。
【答案】用错制的水壶烧开水时，由于壶内水与壶内表面之间的对流换热系数远远大于壶外空气与壶外表面间的对流换热系数，根据传热过程的特点，水壶的温度近似等于壶内水的温度，而壶内水的温度不超过100℃，因此水壶不会被烧坏；而一旦壶内的水烧干后，壶内壁面与空气发生自然对流传热，表面传热系数较小，此时水壶壁面温度接近于火焰的温度，而火焰的温度非常高，高于铝的温度极限，水壶很快就被烧坏。
10．试说明“无限大”平板的物理概念，并举出一两个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题。
【答案】（1）所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度尺寸，从边缘交换的热量可
的双曲正切成正比，而双曲正切是单调增加函数，所
以忽略不计，当平板两侧温度均匀时，热量垂直于板面方向流动。
（2）薄板两侧均匀加热或冷却，以及炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。
二、计算题
11．常物性流体在两无限大平行平壁间做稳态层流运动，下平壁静止，上平壁在外力作用下做等速运动，速度为u 。试推导描述流体运动的动量方程。
【答案】直角坐标系中的二维动量方程为：
下平壁静止，上平壁匀速运动，在黏性力作用下拖动着流体匀速流动，可视为流动处于充分发展段。不计体积力，稳态：
y 向的动量方程分别简化为：
故动量方程为：
12．在太空中飞行的宇宙飞船，表面贴有厚0.15m 、导热系数
试求飞船外表面的温度。（假设宇宙空间温度为0K ; 忽略飞船壁面的导热热阻）
【答案】由飞船的能量平衡可知，飞船内部对流换热的热流密度等于通过涂层导热的热流密度和飞船向宇宙辐射所产生的热流密度。设飞船外表面的温度为则有:
充分发展时：所以，x ，的热绝缘层，。而外表面的黑度为0.04。设飞船内空气温度为20℃, 空气与内壁间的对流换热系数为
求解得:
即:
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