2018年中国科学技术大学研究生院科学岛分院833热工基础之传热学考研基础五套测试题
● 摘要
一、简答题
1． 为什么太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面，而辐射采暖板不需要做黑色？
【答案】（1）①太阳灶要求吸收太阳辐射的能量要多，而太阳辐射射线的能量主要位于短波范围，最佳的太阳灶受热面应是部分光谱全部吸收
，，黑色表面有利于吸收可见光（属于短波辐射）；②另一方面太阳灶要求本身辐射出去的能量要尽量少，而太阳灶本身辐射出去的能量因温度不是太高主要位于长波部分，粗糙表面能使长波辐射投射到自身而减少辐射热损失。
两方面综合，粗糙的黑色表面吸收太阳能最多，损失的长波辐射最少。把太阳灶的受热面做成粗糙的黑色表面能基本满足上述要求，因此，太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面。
（2）对于辐射采暖板，其表面温度不高，大部分福射射线的能量位于长波范围。此时，采用粗糙的黑色表面
，由基尔霍夫定律，反而阻碍其散热，因此辐射采暖板不需要做成黑色。
2． 试说明用热平衡法对节点建立温度离散方程的基本思想。
【答案】用热平衡法对节点建立温度离散方程的基本思想是用有限小元体代替微分分析中的无限小微元体，用傅里叶定律写出与周边元体的导热量，由净导热量与内热源量和内能增量之间的能量平衡关系得到节点方程。
3． 努谢尔特在建立竖壁层流膜状凝结换热模型时做了许多假设，在实际的膜状凝结过程中，由于不满足这些假设因素会对凝结过程带来哪些影响？
【答案】（1）如果有不凝结性气体存在，该气体因不凝结而聚集在冷凝面附近，使蒸气必须通过扩散才能到达冷凝面，从而使凝结换热性能大大降低。
（2）蒸气的流动，流动如果沿冷凝液流动方向，会使冷凝液膜变薄，从而增强换热，反之则削弱换热。逆方向高速流动的气流会吹落冷凝液膜，又使得换热增强。
（3）蒸气的过热和冷凝液膜的过冷也会影响凝结换热。实验证实，这项影响相对较小。
（4）在惯性力的作用下冷凝液膜的流动会使层流变为紊流，也会对凝结换热产生较大影响。
4． 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（强制对流）；由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；
（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。
5． 空调和制冷用的冷却器，其管外装的肋片往往制成百叶窗式肋片，如图所示。试问肋片做成这种形式的意义？
图
【答案】空气流过平直肋片时，随着流程的增长，边界层会增厚，表面传热系数会减小。将其做成百叶窗式，可使流体流经肋片的边界层破坏，使边界层减薄。同时，流体脱离百叶窗式肋片后产生分离状扰动。这些均能强化传热。
6． 为什么珠状凝结的表面传热系数比膜状凝结的高？
【答案】由于珠状凝结时表面不易形成凝结液膜，相比膜状凝结没有液体膜层热阻，蒸气直接与冷壁面接触，因而表面传热系数高。
二、计算题
7． 一个球形人工黑腔如图1所示，人工黑腔外部表面采用良好的保温材料使得对环境的散热很小，以致可以忽略。已知空腔内表面半径为R ，表面黑度为
的半径为r ,
且试确定小孔的发射率壁面某位置处开一微小小孔，小孔的大小，并探讨R 和对的影响状况。
图1
【答案】由人工黑腔小孔发射出去的辐射能应等于人工黑腔内壁面
黑体表面
即:
之间的辐射换热量。 与等价的温度为0K 的
式中—人工黑体腔内表面积，
因为
—小孔面积，
—小孔对空腔内壁的角系数，且
人工黑腔小孔发射出去的辐射能还应等于黑体表面
则可得:
吸收的辐射能，即:
可得人工黑体腔的小孔发射率表达式为:
小孔发射率随人工黑体腔内表面发射率的变化规律见图2所示:
由图2可以看出，当空腔的开口相对于空腔内表面积越小、内壁面发射率越大，人工黑体腔越接近于绝对黑体。即使空腔内壁面发射率为0.2, 只要空腔内表面半径高于小孔半径10倍及以上，小孔的发射率便可达0.99以上，可以近似为黑体处理。当空腔内表面半径达到小孔半径50倍以上时，小孔的发射率几乎不受空腔内壁发射率影响。
图2与和之间的关系曲线
试说明该导热物体在 8． 无内热源，常物性二维导热物体在某一瞬时的温度分布为
x=0，y=1处的温度是随时间增加逐渐升高，还是逐渐降低。
【答案】常物性无内热源二维物体的导热微分方程式：
由某一瞬时的温度分布得：
代入微分方程式得：