2017年哈尔滨工程大学核科学与技术学院832传热学考研强化模拟题
● 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． 肋片高度增加引起两种效果:肋效率下降和散热表面积增加。因而有人认为，随着肋片高度的
增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片散热量反而会下降。试分析这一观点是否正确。
【答案】（1）这一观点是不正确的。
（2）计算公式表明，肋片散热量与
以散热量不会
随高度増加而下降。
3． 利用肋化换热器来实现水与空气间的换热，若要强化传热，应将肋片加在空气侧还是水侧？为什么？
【答案】（1）为强化传热，应将肋片加在空气侧。（2）原因:与水侧相比，空气侧对流换热系数较小、热阻较大，加肋片后可显著降低传热热阻，提高传热量。
4． 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。
5． “善于发射的物体必善于吸收”，即物体辐射力越大，其吸收比也越大。你认为对吗？为什么？
【答案】基尔霍夫定律对实际物体成立必须满足两个条件:物体与辐射源处于热平衡，辐射源为黑体。也即物体辐射力越大，其对同样温度的黑体辐射吸收比也越大，善于发射的物体，必善
，它表明:在热平衡条件下，的双曲正切成正比，而双曲正切是单调增加函数，所
于吸收同温度下的黑体辐射。所以上述说法不正确。
6． 当把盛有稀饭的碗放在水盆中冷却时，搅动稀饭和搅动水盆中的水，两种情况下稀饭冷却的速度一样吗？为什么？
【答案】不一样。搅动稀饭冷却速度快（1分）。因为稀饭与水间的传热过程，稀饭侧热阻为主要热阻，要强化换热应首先从稀饭侧入手。而搅动稀饭时稀饭内部形成强制对流，并且各时刻稀饭内的温度基本相同，加大了稀饭外界间的传热湿差，冷却速度快。
7． 如何强化膜状凝结换热，试举出一个强化水平管外凝结换热的例子。
【答案】强化膜状凝结换热基本原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜厚度；实现方法:用各种带尖峰的表面使在其上冷凝的液膜减薄，以及使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。如利用沟槽管，使液流在下排过程中分段排泄。
8． 有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？
【答案】电流通过电子器件时会产生焦耳热，导致温度上升，于是产生了周围空气自然对流的动力。这种冷却方式无需外加动力，亦无噪声，而且一旦停电，电子器件也就不工作了，因而也就不存在冷却问题，因而说它是最可靠、最经济、无噪声污染的冷却方式是合适的。自然对流冷却方式的最大不足是其换热强度低。一种弥补的方法是采用扩展表面，即在热表面上加装垂直放置的肋片，以增加散热面积。
9． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就被烧坏。试用传热学的观点分析这一现象。
【答案】用错制的水壶烧开水时，由于壶内水与壶内表面之间的对流换热系数远远大于壶外空气与壶外表面间的对流换热系数，根据传热过程的特点，水壶的温度近似等于壶内水的温度，而壶内水的温度不超过100℃，因此水壶不会被烧坏；而一旦壶内的水烧干后，壶内壁面与空气发生自然对流传热，表面传热系数较小，此时水壶壁面温度接近于火焰的温度，而火焰的温度非常高，高于铝的温度极限，水壶很快就被烧坏。
10．掠平壁层流边界层内，为什么存在壁面法线方向（y 向）的速度v?
【答案】y 向的速度v 是由于边界层不断増厚，所排挤掉的流体产生的速度。
二、计算题
11．温度为50℃，压力为的空气，以45m/s的流速平行掠过一块表面温度为90℃的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为0.2m ，宽度为0.1m 。试确定：（1）平板沿流动方向0.1m 处平板表面与空气间的局部表面传热系数；（2）整个平板表面与空气间的平均表面传热系数；（3）平板表面与空气间的对流换热量。
已知：当时流体外掠平板换热准则关联式为
压力下空气的物性参数可看作常数，分别为
【答案】
（1）所以：
（2）根据求平均值的方法，有代入，求得
（3）根据牛顿冷却定律
12．一热电偶的
气流与热电偶之间的表面传热系数为【答案】时间常数
无量纲过余温度随时间的变化曲线如下图:
得平板与空气间的对流换热量为 所以：
整个平板上的流动均处于层流状态。 初始温度为20℃，将其置于320℃的气流中。试计算在及的两种情形下，热电偶的时间常数，并画出两种情形下热电偶读数的过余温度随时间变化的曲线。
图
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