2018年北京工业大学环境与能源工程学院851传热学Ⅱ考研核心题库
● 摘要
一、简答题
1． 太阳能集热器采用选择性表面涂层，它对太阳辐射的吸收率为0.9, 它本身的发射率为0.3, 这一现象是否违背基尔霍夫定律？为什么？
【答案】（1）这一现象与基尔霍夫定律不矛盾。
（2）原因:基尔霍夫定律的基本表达式为
表面的定向光谱发射率等于它的定向光谱吸收比。
太阳能集热器的吸收板表面上覆盖的选择性涂层，它所吸收的阳光来源于太阳，它对阳光的吸收比是针对太阳温度而言的; 而它本身的发射率是针对其自身的温度。太阳的温度与太阳能集热器吸收板表面的温度显然不同。温度不同使阳光与太阳能集热器吸收板表面自身辐射的光谱分布也不同。所以，这种选择性涂层能使表面吸收阳光的能力与本身辐射的能力不一样与基尔霍夫定律并不矛盾。
2． 若严冬和盛夏时室内温度均维持20℃，人裸背站在室内，其冷热感是否冬夏相同？
【答案】不相同。人体与周围环境的热交换包括对流换热和辐射换热。（1）对流换热，本题可认为对流换热量冬夏差别不大，因为人体温度冬夏基本相同，室内空气温度相同，其自然对流换热系数及换热温差相同，因此对流换热量基本相同；（2）辐射换热，辐射换热量冬夏差别较大，因为冬季围护结构温度比夏季要低得多，因此冬季人体通过辐射散热量要大于夏季，当严冬和盛
夏时室内温度均维持20℃，人裸背站在室内，其冷热感冬夏是不同的，冬季会有明显更冷的感觉。
3． 冬天阳光照射的中午晒棉被，试从传热的角度解释晚上睡觉时还会暖和的原因。
【答案】棉被经日晒变得蓬松，空气进入到棉被中，而空气的导热系数较小，相当于增加了导热热阻，因而睡觉时还觉得暖和。
4． 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，，它表明:在热平衡条件下，
（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。
5． 用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。
【答案】（1）选用导热系数更小的材料作套管；
（2）尽量增加套管高度，并减小壁面导热系数；
（3）强化套管与流体间的换热；
（4）在储气筒外包以保温材料。
6． 饱和水在水平加热表面上沸腾（壁面温度可控）时，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是否也增加？为什么？
【答案】在自然对流区和核态沸腾区，随着壁面过热度
热系数是增加的，因随
增加。 当进一步提高
再提高时，进入过渡沸腾区。这时，由于的增加，在加热表面上形成一层汽膜，汽膜的导热系数较小，热阻增加，致使沸腾换热表面传热系数下降。 进入稳定膜态沸腾区，加热表面上形成稳定的汽膜层。这时汽化只能在汽-液交界面上进行。汽化所需热量靠导热、对流、辐射通过汽膜传递。因这时壁温很高，辐射热量急剧增加，沸腾换热表面传热系数又随的増加而增加。
7． 发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情形下可以按一维问题来处理？
【答案】（1）两端面绝热，圆周方向换热条件相同时，可以认为温度场只在半径方向发生变化；
（2）圆周面绝热，两端面上温度均匀，可以认为温度场只在轴向发生变化。
8． 有人认为，当非稳态导热过程经历时间很长时，采用诺谟图计算所得的结果是错误的。其理由是：诺谟图表明，物体中各点的过余温度的比值仅与几何位置及
看法？请说明其理由。
【答案】这种看法不正确，因为随着时间的推移，虽然物体中各点过余温度的比值不变，但各点温度的绝对值在无限接近。这与物体中各点温度趋近流体温度的事实并不矛盾。
9． 工程上采用加肋片来强化传热。何时一侧加肋? 何时两侧同时加肋？
【答案】（1）当传热壁一侧时，该侧加肋可强化传热；
但（2）当传热壁两侧Bi 都小于0.1时，则两侧都可加肋。 加肋时应使壁面两侧表面传热热阻尽量相近，这样强化传热效果好。当壁面两侧均
一侧表面传热热阻显著大于另一侧表面传热热阻时，在热阻大的一侧加肋效果较好。
的增加，沸腾换热表面传的増加产生汽泡的核心数增加，汽泡对流体的扰动剧增，表面传热系数有关，而与时间无关。但当时间趋于无限大时，物体中各点的温度应趋近流体温度，所以两者是有矛盾的。你是否同意这种
10．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。
二、计算题
11．质量流量为
其比定压热容油。出口处水温阻总共为
【答案】传热量为:
水的质量流量:
求解
求
解
需计算最小换热面积，应采用逆流流动，故::
求解:
盘管长:
总盘数:
的变压器油在螺旋盘管中流过，油温从进口温度为水的比定压热容被冷却至。水侧表面传热系数为，的冷水在盘管外流动用来冷却变压器。钢盘管的导热系数为，污垢热，油侧表面传热系数为的最小长度、盘数与水的质量流量。 。若盘管的直径为0.4m ，管的外径x 壁厚为57mmx3.5mm 。求螺旋盘管 ，因此
，