2018年上海交通大学机械与动力工程学院810传热学考研仿真模拟五套题
● 摘要
一、简答题
1． 从泡态沸腾机理分析，为什么大容器核态沸腾时，沸腾液体具有一定的过热度？
【答案】气泡处于既不长大，又不缩小的平衡状态时，必须满足的力平衡条件和热平衡条件分别为:
当忽略液柱静压差时，
由热平衡条件可知，
与
对应的饱和温度为令与
对应的蒸气饱和温度为
由于可以看出，沸腾液体总是具有一定的过热度
2． 迪图斯-贝尔特公式采用什么方式来修正不均匀物性场对换热的影响？请分析修正方法的合理性。
【答案】（1）迪图斯坝尔特公式的两个表达式为：
式中，用n=0.4；n=0.3。 来修正不均匀物性场对换热的影响。当加热流体时，当冷却流体时，
（2）修正方法的合理性：显然，加热液体时由于壁面附近液体黏性降低，边界层内速度分布
变得平缓，速度梯度增大；同理温度梯度也增大，h 増大，n 取0.4是合理的，符合h 增大的特征。
3． 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。
4． 管内受迫对流换热时，对于横管和竖管中流体被加热和被冷却，自然对流的影响各有什么不同？什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响？
【答案】（1）对于横管，流体不管被冷却还是被加热，都将有利于换热。因为当横管中流体被冷却时，由于管心温度高于管壁，将形成管心向上而沿管壁向下的垂直于受迫流动方向的环流；而当横管中流体被加热时，由于管心温度低于管壁，将形成由管心向下而沿管壁向上的垂直于受
迫流动方向的环流；由于都形成了环流，加强了边界层的扰动，所以都将有利于换热。
对于竖管，当流体向上流动时，如果流体被冷却，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反，这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热；如果流体被加热，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热。当流体向下流动时，则自然对流对换热的影响与流体向上流动正好相反。如流体被冷却，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热；如果流体被加热，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反。这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热。
（2）至于什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响，可通过惯性力和浮升力数量级的对比进行判断，一般，当时，就应考虑自然对流的影响。
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． 非稳态导热物体可以用集总参数法分析的条件是什么？
【答案】导热物体内部导热热阻忽略不计，即任一时刻物体内温度相同。实用判别条件为
：
或（M 是与物体几何形状有关的无量纲数）
7． 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。
8． 采用套管式温度计测量流体温度时为什么会产生测温误差? 如何减小测温误差？
【答案】（1）产生测温误差主要有下列原因:①温度计的感温泡与套管顶部可能存在接触热阻和导热热阻；②套管顶端向根部导热；③套管外表面向流场壁面的辐射换热；④流体与套管外表面的对流换热热阻。稳态时，套管从流体获得的对流热流量正好等于套管向根部的导热和与壁面间的辐射换热量之和。
（2）减小测温误差的措施:①加强测温套管附近流场壁面的保温；②采用尽量长的测温套管；③选用导热系数小的材料做测温套管；④在强度允许的情况下，尽量采用薄壁套管；⑤尽量提高流体与套管的对流换热表面传热系数，并注意不使测温套管端部处于流动死角；⑥在不影响对流换热的条件下，在测温套管外安装遮热板以减少与流场壁间的辐射换热。
9． 结合非稳态导热分析解的形式，分析热扩散率在非稳态导热中的作用。
【答案】从分析解形式可见，物体的无量纲过余温度是傅里叶数的负指数函数，即表示在相同尺寸及换热条件下，热扩散率越大的物体到达指定温度所需的时间越短，这正说明热扩散率所代表的物理含义。
10．速度边界层的概念及如何定义边界层厚度。
【答案】这种在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为速度边界层（或流动边界层）。通常规定达到主流速度的99%处的距离定义为边界层厚度，记为
11“热对流”与“对流换热”是否为同一现象？试以实例说明．。对流换热是否属于基本的传热方式？
【答案】（1）热对流与对流换热是两个不同的概念，属于不同现象。
（2）其区别为:①热对流是传热的三种基本方式之一，而对流换热不是传热的基本方式；②对流换热是导热和热对流这两种基本传热方式的综合作用，由于流体质点间的紧密接触，热对流也同时伴随有导热现象；③对流换热必然具有流体与固体壁面间的相对运动。
（3）工程中流体与温度不同的固体壁面因相对运动而发生的传热过程称为对流换热。
12．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
13．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:
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:
此后使其两端各维持在恒定的温度及 14．设一根长为1的棒有均匀初始温度并且
布曲线。
【答案】温度分布曲线见图。 棒的四周保持绝热。试画出棒中温度分布随时间变化的示意性曲线及最终的温度分
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