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一、简答题

1． 钢铁表面约500℃, 表面看上去为暗红色；当表面约1200℃时，看上去变为黄色，这是为什么？

【答案】根据普朗克定律所揭示的关系，随着温度的升高，辐射能量中可见光所占份额相应增加所至。

2． 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。

3． 为了测量管道中的气流温度，在管道中设置温度计。试分析由于温度计头部和管壁之间的辐射换热而引起的测温误差，并提出减少测温误差的措施。

【答案】（1）为了准确测量管道内气流的温度，必须减少由于干扰项引起的测量误差。高温条件下辐射换热对于气流温度的测量误差可达到8%〜10%，因此必须采取措施去除辐射换热的影响。

（2）减少测温误差的措施:加辐射隔热板。加上辐射隔热板后可将误差减小到0.5%左右（见图）。

图

4． 如何将从实验室得到的实验结果应用于工程实际？

【答案】由相似第二定理可知，相似的两个物理现象具有完全相同的准则函数关系，由根据相似第一定理可知，两个相似的物理现象对应点上的同名准则数相等，所以，如果两个同类物理现象相似，则它们具有完全相一样的准则关系式，所以从实验室得到的实验结果完全可以应用于

工程实际。

5． 温度同为20℃的空气和水，假设流动速度相同，当你把两只手分别放到水和空气中，为什么感觉却不一样？

【答案】尽管水和空气的流速和温度相同，由于水的密度越为空气的1000倍，而动力粘度则相差不多，在相同的特征尺度下，所当将手放入水中的以雷诺数要远大于放入空气中的雷诺数，因此，放入水中的努赛尔数大，另一方面，又由于水的导热系数大于空气的导热系数，所以，当将手放入水中时的对流换热系数远远大于放入空气中的对流换热系数，因此，感觉却不一样。

6． 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

7． 在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s 。从传热学角度，你认为此值可信吗？

【答案】

根据时间常数定义在一定条件下可以认为是常数，但表面传热系数h 却是与测温元件与被测物的换热条件有关。因此，对该说明书上表明的时间常数值要进行具体分析，不能盲目相信。

8． 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。

9． 夏季在维持20°C 的空调教室内听课，穿单衣感觉很舒适，而冬季在同样温度的同一教室内

听课却必须穿绒衣。假设湿度不是影响的因素，试从传热的观点分析这种反常的“舒适温度”现象。

【答案】夏季人体的散热量为:

冬季人体的散热量为:

式中:

射换热量

；分别为夏季和冬季人体的总散热量；分别为夏季人体的对流换热量与辐分别为冬季人体的对流换热量与辐射换热量。

所以在室这种反常的“舒适温度”现象是由于冬夏两季室内的风速变化不大，

因此对流换热量但由于人体与围护结构内壁面的温差冬季远大于夏季，辐射换热量

温相同时，说明人体冬季散热量更多，为维持热舒适，冬季应多穿或者穿厚一些的衣物。

10．写出基尔霍夫定律的数学表达式，说明其含义及适用条件。 【答案】表明善于吸收的物体必善于发射，反之亦然。适用条件:实际物体与黑体投射辐射处于热平衡，或者为灰体。

二、计算题

11．体温计的水银泡长lcm ，直径为7mm 。体温计自酒精溶液中取出时，由于酒精蒸发，体温计水银泡维持18℃。护士将体温计插入病人口中，水银泡表面的当量表面传热系数

如果测温误差要求不超过0.2℃，求体温计插入病人口中后，至少要多长时间

才能将体温计从体温为40℃的病人口中取出。水银泡的当量物性值为

：

【答案】水银泡体积小，大，可以用集总参数法简化分析。