2018年湘潭大学机械工程学院863传热学(二)[专业硕士]考研强化五套模拟题
● 摘要
一、名词解释
1． 换热器。
【答案】用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置统称为换热器。
2． 流动边界层和热边界层。
【答案】流动边界层是固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层；热边界层是固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层。
3． 本身辐射与有效辐射
【答案】本身辐射是指物体单位时间内单位表面积上的半球空间的所有方向辐射出去的全部波长范围内的能量称为辐射力, 单位为
射能, 单位为
。 。有效辐射是指单位时间内离开表面单位面积的总辐
二、简答题
4． 冬天，在相同的室外温度条件下，为什么骑摩托车比步行时感到更冷些，一般要戴皮手套和护膝？
【答案】因为强制对流换热强度与流体壁面之间的相对速度有关，相对速度越大，对流换热越强。与步行相比，骑摩托车时相对速度较大，对流换热强度大些，因此人体会散失较多的热量从而感到更冷些。
皮手套和护膝，由于透气性差、导热系数小，增加了传热热阻，降低了散热量，从而起到保护作用。
5． 已知导热物体中某点在密度矢量？
【答案】（1）矢量大小:
（2）矢量的方向余弦:
6． 为什么太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面，而辐射采暖板不需要做黑色？
【答案】（1）①太阳灶要求吸收太阳辐射的能量要多，而太阳辐射射线的能量主要位于短波
第 2 页，共 27 页 三个方向上的热流密度分别为如何获得该点的热流
范围，最佳的太阳灶受热面应是部分光谱全部吸收
，，黑色表面有利于吸收可见光（属于短波辐射）；②另一方面太阳灶要求本身辐射出去的能量要尽量少，而太阳灶本身辐射出去的能量因温度不是太高主要位于长波部分，粗糙表面能使长波辐射投射到自身而减少辐射热损失。
两方面综合，粗糙的黑色表面吸收太阳能最多，损失的长波辐射最少。把太阳灶的受热面做成粗糙的黑色表面能基本满足上述要求，因此，太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面。
（2）对于辐射采暖板，其表面温度不高，大部分福射射线的能量位于长波范围。此时，采用粗糙的黑色表面
，由基尔霍夫定律，反而阻碍其散热，因此辐射采暖板不需要做成黑色。
7． 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。
8． 什么是显式格式？什么是显式格式计算中的稳定性问题？
【答案】（1）在非稳态导热的差分分析中，取温度对时间的向前差分，使后一时刻的温度分布完全取决于前一时刻的温度分布，而不必联立方程求解。这样的差分格式称为显式。
（2）在显式计算中，时间步长和空间步长的选择会影响求解过程的稳定性，选择得不适当会使温度产生震荡，而不收敛于某一数值，这是不符现实的。
9． 什么是热边界层？能量方程在热边界层中得到简化所必须满足的条件是什么？这样的简化有何好处？
【答案】流体流过壁面时流体温度发生显著变化的一个薄层。能量方程得以在边界层中简化，必须存在足够大的贝克莱数，即也就是具有
第 3 页，共 27 页 的数量级，此时扩散项才
能够被忽略。从而使能量微分方程变为抛物型偏微分方程，成为可求解的形式。
三、计算题
10．平板稳态导热，导热系数为定值，两侧壁温分别为及
。定性画出均布内热源
三种情况下壁内的温度分布曲线。
【答案】如图所示。
图
11．在冬季，某个地方一天内大地表面最高温度为8℃，最低温度为—4
℃。已知土壤的
试问地表下0.1m 处的最高、最低温度为多少？达到最高温
度的时间滞后为多少？
【答案】该题目为周期性非稳态导热问题。由题意知，
该地面当天温度波振幅表下0.1m 处温度波振幅为：
0.1m 处最高温度：
0.1m 处最低温度：
滞后时间：
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