2017年昆明理工大学F003传热学考研复试核心题库
● 摘要
一、简答题
1． 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。
2 一维无限大平壁的导热问题，，．两侧给定的均为第二类边界条件能否求出其温度分布? 为什么？
【答案】（1）一维无限大平壁的导热问题，两侧给定的均为第二类边界条件，不能求出其温度分布。
（2）因为第二类边界条件所对应的是温度曲线的斜率，与绝对温度没有对应关系。
3． 两块厚度相同的无限大平壁，分别由金属铜和木头制成。若保持其两侧表面温度对应相等，那么，在常物性、稳态导热的情况下两平壁内的温度分布是否相同？为什么？
【答案】相同。因为对于常物性、无内热源的无限大平壁的稳态导热，第一类边界条件下其温度分布仅取决于边界温度，而与材料的导热系数无关。
4． 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。
5． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。
【答案】用一只手握住盛有热水的杯子，手所感受到的是杯子外壁面的温度。不搅拌时，杯中的水与杯子间为自然对流传热，这种情况下的对流传热系数相对较小，杯子外壁面的温度相对较低；当另一只手用筷子快速搅拌热水，水在杯中随着搅拌而旋转，水与杯子间的换热为强制对
流换热，对流传热系数增大，水与杯子间的换热量增加，杯子外壁面的温度升高，因此握杯子的手会显著地感到热。
6． 在对流换热的理论分析中，边界层理论有何重要意义？
【答案】边界层理论的主要意义在于，利用边界层的特征采用数量级分析法来简化对流换热微分方程组，使其变成更容易求解的形式，从理论上寻找出便利于求解h 的途径。
二、计算题
7． 两根不同直径的蒸汽管道，外面都覆盖一层厚度相同、材料相同的保温层。如果管子表面以及保温层外表面的温度都相同，试问:两个管子每米长度的热损失相同吗？请证明你的看法说法是正确的。
【答案】不同。设管子外径分别为和且，保温层厚为则有:
由于所以。
8． 已知换热器内热流体为2程流动，冷流体为1程流动，说明图 所示各形式哪些是可实现的？冷、热流体各是什么过程？
图1 换热器内温度分析图
【答案】首先要分析换热器流体温度变化规律。无论是顺流或逆流，在换热器任一微元换热面积dA 内，由热量平衡关系，热流体温升数值可按下式计算:
A O —沿长度方向单位管长时的换热面积。
故热流体温度变化率:
同理，冷流体温度变化率:
在换热器中冷热流体呈顺流的部分，
故，故从进口到出口，时， 故，故温度曲线的形状如图时
，2所示。在换热器中冷热流体呈逆流的部分，如图3所示，因
由平缓变得陡峭，热流体温度曲线的形状如图3所示。
温度曲线的斜率绝对值均是从小变大，曲线
根据上述分析，问题中只有图1（c ）和（e ）中流动温度变化趋势完全符合逆流、顺流时规律，因而图1（c ）和（e ）是可实现的。具体流动形式是图1（c ）中热流体无相变换热，冷流体是蒸发过程；图1（e ）中热流体在第一程内是凝结换热，第二程内是液体过冷的过程；冷流体是蒸发过程。
图1（a ）、（b ）和（d ）均不能实现，因为其中的顺流或是逆流，沿流动方向的温度变化不符合所述分析。
图2顺流式换热器的温度变化图 3逆流式换热器的温度变化
9． 冷却水以2m/s的流速在内径为D=25mm的直铜管内流动，其进口温度为20℃，铜管内壁温度为95℃，试求水被加热到60℃时所需的管长。
管内对流换热的准则方程式为：
（1）紊流
：
流体被冷却时
，
（2）层流
：
（3）水的物性参数如表所示。
表
时，时
h 流体被加热时
，