2017年中国科学技术大学核科学技术学院833热工基础之传热学考研题库
● 摘要
一、简答题
1. 什么是时间常数?用热电偶测量温度变化着的气流温度时如何提高测量精度?
【答案】时间常数用热电偶测量温度变化着的气流温度时应尽可能减小时间常数,在热电偶材料一定时,增大对流换热系数,减小体积,增大面积,或减小体积面积比。
2. 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。
3. 在气温为10℃的房间内用细绳吊一段直径均匀的圆柱冰块,过一段时间后,冰块的形状会发生哪些变化?冰块会在绳上完全融化吗?
【答案】由题意知,该冰柱的融化过程相当于竖圆柱的自然对流换热。根据竖壁自然对流换热的机理,由于冰柱壁面温度低于周围空气温度,故流体贴壁向下流动,边界层上部薄而下部厚。局部对流换热系数上部较大而下部较小,因此,虽然冰柱整个会慢慢融化,但是上部融化较快,其形状会变得上部细、下部粗,不等在绳上全部融化完就会掉在地上。
4. 蒸气中含有不凝结性气体,对膜状凝结换热有何影响?为什么?
【答案】蒸气中含有不凝结性气体,会使得膜状凝结换热表面传热系数大大减小。
原因:蒸气中含有不凝结性气体,在靠近液膜表面的蒸气侧,随着蒸气的凝结,蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增加,蒸气抵达液膜表面进行凝结前,必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层,不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力;同时蒸气分压力的下降,使相应的饱和温度下降,
减小了凝结的动力也使得凝结过程削弱。
5. 什么情况下可以把竖直夹层内空气的自然对流换热作为纯导热过程?为什么?
【答案】(1)当两壁的温差与夹层厚度都很小时,可以把竖直夹层内空气的自然对流换热作为纯导热过程。
(2)在这种情况下,自然对流非常微弱,以致可以认为夹层内没有流动,因此可以作为纯导热处理。实验研究证实:当以厚度为定型尺寸的
并以此作为判据。
第 2 页,共 65 页 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。你是否同意这种时,可以作为纯导热过程,
6. 分析双层保温杯中从热水到外界环境的传热过程,并提出提高保温性能的措施或途径。
【答案】(1)传热过程:内部水通过向对流换热传热给内层内壁,而后通过导热传给内层外壁,内层外壁通过对流换热及辐射换热传热给外层内壁,内壁通过导热传热给外层外壁,外壁通过自然对流换热与外界空气交换热量。
(2)措施:内、外层间抽真空,内层外壁及外层内壁作表面处理,减小表面发射率,内、外层间加层,相当于加遮热板。
7. 对于流体外掠平板的流动,试利用数量级分析的方法,说明边界层内垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。
【答案】
设流体的来流速度为
在边界层内
的变化范围为的变化范围为
根据连续方程有平板的长度为
边界层厚度为
由边界层理论知
的变化范围为
利用量级分析有:的变化范围为即所以垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。
8. 何谓肋片效率?采用加装肋片来强化换热,对肋片的选材、肋片的形状和肋片效率有何要求?
【答案】肋片效率为肋片的实际散热量与假设整个肋片温度都与肋根温度相同时的理想散热量之比。肋片效率的主要影响因素有:
(1)肋片材料的热导率:热导率愈大,肋片效率愈高;
(2)肋片高度:肋片愈高,肋片效率愈低;
(3)肋片厚度:肋片愈厚,肋片效率愈高;
表面传热系数:表面传热系数愈大,肋片效率愈低。
9. 试分析室内暖气片的散热过程,各环节有哪些热量传递方式?(以暖气片管内走热水为例)。
【答案】(1)有以下换热环节及传热方式:由热水到暖气片管道内壁,热传递方式是对流换热
;由暖气片管道内壁至外壁,热传递方式为导热; (强制对流)
(2)由暖气片外壁至室内环境和空气,热传递方式有辐射换热和对流换热。
10.为什么热量传递和动量传递具有相似性?雷诺类比适用于什么条件?
【答案】(1)通过边界层分析,得到的边界层动量微分方程式和能量微分方程式形式完全一致,且各自对应的边界条件也是相同的,说明边界层中的速度分布和温度分布具有类似的规律。由于边界层中存在温度梯度,因此产生了热量的传递,传递的热量具体体现为热流密度q ;由于同时存在速度梯度,因此产生了动量传递,传递的动量具体体现为黏性应力
布的相似性说明热量传递与动量传递具有相似性。
(2)雷诺类比适用于Pr=l的流体。
温度分布与速度分
二、计算题
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11.如图所示,在晴朗的夜晚,天空的有效辐射温度可取为-70℃。假定无风且空气与聚集在草上的露水间的对流换热表面传热系数为试计算为防止产生霜冻,空气所必须具有的最低温度。计算时可略去露水的蒸发作用,且草与地面间无热传导,并取水的发射率为1.0。
图
【答案】露水与太空间因辐射换热失去热量,与空气间因对流换热获得热量,热平衡时,得热量应等于失热量。为了防止霜冻,露水表面温度必须满足
已知
:
,
的条件。
空气对露水的加热量为:
因为:
则:
空气必须具有的最低温度为:
12.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:
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