2018年北京工业大学环境与能源工程学院851传热学Ⅱ考研强化五套模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 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。
2． 根据对导热系数主要影响因素的分析，试说明在选择和安装保温隔热材料时要注意哪些问题。
【答案】（1）根据工作温度选择适合的保温材料；
（2）进行保温计算时应考虑温度对保温材料导热系数的影响；
（3）选择导热系数小的材料，其密度在最佳密度附近，使其具有最佳保温性能；
（4）保温材料的保温性能受水分影响很大，必须采取防水措施；
（5）采用各向异性材料时要注意导热方向对导热系数的影响。
3． 什么叫时间常数？试分析测量恒定的流体温度时对测量准确度的影响。
【答案】（1）具有时间的量纲，称为时间常数；
对测量准确度的影响：数值上等于过余温度为初始过余温度（2）
测量恒定的流体温度时
的0.368
时所经历的时间。越小，表示物体热惯性越小，到达流体温度的时间越短。测温元件的时间常数大小对恒温流体的测量准确度没有影响，对变温流体的测量准确度有影响，越小，准确度越高。
4． 何谓物理现象相似？两个对流换热现象相似的条件是什么？相似原理对解决传热问题有何意义？
【答案】（1）物理现象相似的定义：如果同类物理现象的所有同名的物理量在所有对应瞬间、对应地点的数值成比例，则称物理现象相似。
（2）物理现象相似的条件：①司类物理现象；d 单值性条件相似；③司名已定特征数相等。
（3）相似原理是指导如何对传热问题进行实验研究的理论，回答了3个问题：①何安排实验；②如何整理实验数据；③实验结果的应用范围。
5． 解释边界层中
【答案】边界层中的物理意义。 的物理意义是指沿壁面法线方向压强p 并不发生变化，边界层外主流区压强变化的规律可推广应用到边界层内。
6． 已知导热物体中某点在三个方向上的热流密度分别为
密度矢量？
【答案】（1）矢量大小:
（2）矢量的方向余弦:
如何获得该点的热流
7． 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。
8． 热量、热流量与热流密度有何联系与区别？
【答案】（1）①热量Q ，其单位为J （kJ ）; ②热流量
内传递的热量，又称传热速率；③热流密度q ，其单位为
面积所传递的热量。
（2）如记为传热时间，则三者间有如下的关系:
式中，A 为传热面积，
9． 辐射和热辐射之间在什么区别和联系？热辐射有什么特点？
【答案】（1）辐射和热辐射之间的区别和联系:①辐射是由原子内部的电子激发产生的电磁波传播，由于激发的方法不同，所产生的电磁波波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也
不同；热辐射是由自身温度或热运动的原因激发产生的电磁波传播；②热辐射是辐射的一种形式。
（2）热辐射的特点是投射到物体上能产生热效应。
10．写出毕渥数与努塞尔数的定义式，并说明它们的物理意义，比较两者不同之处。 【答案】固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比；
其单位为W （kW ）, 是单位时间q 是单位时间内通过单位壁面上流体的无量
纲温度梯度；两者不同之处在于： 里面的为固体导热系数，里面的 为流体导热系数。
二、计算题
11．绝缘电线的内部为半径为R ，长度为L 的铜线，该铜线的导热系数
其导热系数
温度为为常数，已知铜线外侧与绝缘塑料皮接触处温度恒定为为常数，电阻率为绝缘塑料皮的外侧空气导线通过电流I （A ）而均匀发热。铜线外侧敷设绝缘塑料皮，绝缘塑料皮厚度为绝缘塑料皮外侧与空气间的表面传热系数为h 。试写出这一稳态过程的数学描述。
【答案】该问题的数学物理模型如图所示。
由式可知，圆柱坐标系的通用导热微分方程式如下式所示：
（1）结合题意，对于铜线部分，其导热过程为稳态、有内热源的一维导热问题，其导热微分方程可以化简为：
内热源可以表示为：
铜线外表面边界条件：
铜线中心边界条件：
（2）绝缘塑料皮部分为稳态一维导热问题，其导热微分方程可以化简为：
绝缘塑料皮外表面边界条件：
绝缘塑料皮内表面边界条件：
图 模型示意图
12．空间直角坐标系中的导热微分方程式可表达为：
根据下列各条件分别简化该方程。
（1）导热体内物性参数为常数，无内热源；
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