2018年哈尔滨工业大学能源科学与工程学院820工程流体力学之传热学考研核心题库
● 摘要
一、简答题
1． 怎样计算流体在粗糙管中流动时的表面传热系数？粗糙管内的层流流动换热是否能采用光滑管公式计算？为什么？
【答案】（1）流体力学对粗糙管壁内的流动进行了大量的实验研究，积累了大量的摩擦系数实验数据。因此，粗糙管内的换热计算可以采用类比公式，即来进行计算。当缺乏阻
且 力数据，不能采用类比公式进行换热计算，且无实验获得的粗糙管内准则关联式时，可采用光滑管实验关联式进行换热计算。但关联式计算结果必须乘以粗糙管壁修正系数（2）粗糙管内的层流流动换热能采用光滑管公式计算。
（3）粗糙管内的层流流动换热能采用光滑管公式计算的原因是因为当粗糙管内的流态为层流时，由于糙粒高度被边界层所覆盖，其强化传热的作用已消失，故可采用光滑管公式进行计算，结果勿需修正。
2． 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。
3． 为什么用普朗特数可以定性地判断流体外掠平板时的速度边界层和温度边界层的相对厚度？
【答案】普朗特数分子表征了流体由于分子运动而扩散动量的能力，这一能力越大，粘性的影响传递的越远，速度边界层越厚；分母则表征了热扩散的能力，因此，两者相比，基本上可以反映边界层的相对厚度。
4． 试述数和数的区别。
【答案】数中的为流体的导热系数，
为影响边界层厚度的几何尺寸。数反映靠近壁面流体层
数反映物体内部的导热热阻与外部的换热热阻之间的数中的为物体的导热系数，为固体壁（如壁厚等）的某一尺寸；的导热热阻与对流换热热阻的相对大小；
相对大小。
5． 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。
6． 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。
7． 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（曲线），或者就终止于物体的边界上；
（3）等温面或等温线的分布并不一定均匀。
8． 温度为T 的灰体，其有效辐射是否有可能大于同温度下的黑体福射？
【答案】有可能。因为有效辐射等于自身辐射与投入辐射的反射部分之和，反射部分越大，有效辐射也越大，因此，完全有可能某一温度下的物体其有效辐射大于同温度下的黑体辐射。
9． 用高斯-赛德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛的解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？
【答案】（1）高斯-赛德尔迭代法求解代数方程时不一定能得到收敛的解；
（2）不一定能得到收敛的解其原因不是因为初场的假设不合适，而是由于迭代方式不合适。
10．试分别说明导热问题3种类型的边界条件。
【答案】（1）第一类边界条件:已知任意时刻物体边界上的温度分布；
（2）第二类边界条件:已知任意时刻物体边界上的热流密度或温度梯度；
（3）第三类边界条件:已知任意时刻物体边界与周围流体间的对流换热情况，即已知表面传热系数h 和周围流体温度t f 。
二、计算题
11．在一个大的加热导管中，安装一个热电偶以测量通过导管流动的气体温度。导管壁温为425℃，热电偶所指示的温度为170℃, 气体与热电偶间的表面传热系数为
料的发射率为0.43，问气体的温度是多少？
【答案】分析传热过程，热电偶与管壁之间因辐射换热而获得热量，与流体之间因对流换热而损失热量，当得热量等于失热量时达到热平衡状态，此时热电偶的温度保持不变。
由题可知:
热平衡方程为:
式中，A 为热电偶传热面积。代入数据得:
12．某一维导热平板，无内热源，稳态条件下，平板两表面温度分布分别为
围内导热系数与温度的关系为
【答案】
分离变量，积分得：
代入边界条件
，
求平板内温度分布。
在这个温度范 ，热电偶材
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