2017年浙江大学生物系统工程与食品科学学院833传热学考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 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。
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． 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。
4． 非稳态导热采用显式格式计算时会出现不稳定性，试述不稳定性的物理含义。如何防止这种不稳定性？
【答案】（1）不稳定性的物理含义是指在显式格式离散方程中，后一时刻的温度取决于前一时刻的温度，同一节点温度前的系数有出现负值的可能性。如果出现负值，就意味着该点温度在前一时刻温度越高，则后一时刻温度将越低，甚至会出现比周围节点温度还要低的现象，这违背了热力学第二定律。
（2）为防止这种导致数值计算不稳定性的现象发生，要求空间网格必须满足一定的条件，从而使同一节点的离散系数不出现负值。
和时间网格的选取有关，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
5． 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。
6． 温度为T 的灰体，其有效辐射是否有可能大于同温度下的黑体福射？
【答案】有可能。因为有效辐射等于自身辐射与投入辐射的反射部分之和，反射部分越大，有效辐射也越大，因此，完全有可能某一温度下的物体其有效辐射大于同温度下的黑体辐射。
7． 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。
8． 什么是“半无限大”物体？半无限大物体的非稳态导热存在正规状况阶段吗？
【答案】（1）所谓“半无限大”物体，是指平面一侧空间无限延伸的物体。
（2）因为物体向纵深无限延伸，初始温度的影响就远不会消除，所以半无限大物体的非稳态导热不存在正规状况阶段。
9． 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。
10．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。
二、计算题
11．某受迫对流换热设备，其中空气的流速为0.5m/s，空气的平均温度
多大才能保证模型中的换热过程与原型的相似？
空气的物性如下：
【答案】要使两模型中的换热过程相似，必须保证同名已定准则数相等，即：
但因为工质均为空气，近似不变；又因为换热为强制对流换热，所以自然对流的影响可忽略，
可不考虑。故只需保证即：
将
因此可得： 代入上式，得：
，现在拟用特征尺寸缩小成1/5的模型进行实验研究，模型中的空气平均温度为40℃，试问:模型中的空气速度为
12．有一套管式换热器利用热水加热原油。热水进出口温度分别为95℃和50℃，热水流量为0.8kg/s，比热为原油的进口温度为30℃，加热后变为60℃，
原油比热为
。忽略换热器的热损失，问:
（1）该换热器是逆流还是顺流？
（2）换热器的对数平均温差是多少？
（3）原油流量是多少？
（4）油水之间的换热量是多少？
【答案】由题意可知，
（1）由于原油出口温度大于热水出口温度，即
（2）换热器端差:
则对数平均温差: 则判断为逆流。
（3）忽略换热器的热损失，则热水放热量=原油吸热量，即:
相关内容
相关标签