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一、简答题

1． 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。

2． 温度同为20℃的空气和水，假设流动速度相同，当你把两只手分别放到水和空气中，为什么感觉却不一样？

【答案】尽管水和空气的流速和温度相同，由于水的密度越为空气的1000倍，而动力粘度则相差不多，在相同的特征尺度下，所当将手放入水中的以雷诺数要远大于放入空气中的雷诺数，因此，放入水中的努赛尔数大，另一方面，又由于水的导热系数大于空气的导热系数，所以，当将手放入水中时的对流换热系数远远大于放入空气中的对流换热系数，因此，感觉却不一样。

3． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。

【答案】用一只手握住盛有热水的杯子，手所感受到的是杯子外壁面的温度。不搅拌时，杯中的水与杯子间为自然对流传热，这种情况下的对流传热系数相对较小，杯子外壁面的温度相对较低；当另一只手用筷子快速搅拌热水，水在杯中随着搅拌而旋转，水与杯子间的换热为强制对流换热，对流传热系数增大，水与杯子间的换热量增加，杯子外壁面的温度升高，因此握杯子的手会显著地感到热。

4． 在什么条件下物体表面的发射率等于它的吸收率否意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律？

【答案】（1）对于漫-灰表面（2）当

式为

反之则 时，并不意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律，因为基尔霍夫定律的基本表达

？在什么情况下？当时，是

5． 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。

6． 冬天阳光照射的中午晒棉被，试从传热的角度解释晚上睡觉时还会暖和的原因。

【答案】棉被经日晒变得蓬松，空气进入到棉被中，而空气的导热系数较小，相当于增加了导热热阻，因而睡觉时还觉得暖和。

7 “热对流”与“对流换热”是否为同一现象？试以实例说明．。对流换热是否属于基本的传热方式？

【答案】（1）热对流与对流换热是两个不同的概念，属于不同现象。

（2）其区别为:①热对流是传热的三种基本方式之一，而对流换热不是传热的基本方式；②对流换热是导热和热对流这两种基本传热方式的综合作用，由于流体质点间的紧密接触，热对流也同时伴随有导热现象；③对流换热必然具有流体与固体壁面间的相对运动。

（3）工程中流体与温度不同的固体壁面因相对运动而发生的传热过程称为对流换热。

8． 根据数量级分析，边界层连续性方程并未得到简化，为什么？

【答案】边界层连续性方程并未得到简化充分说明y 向的速度v 与边界层厚度属同一数量级的微小量。

9． 绿色住宅的一种节能方式（夏天少用空调、冬天少用暖气）就是在其房屋前栽种几棵大型落叶乔木，试从传热学角度说明大树的作用。

【答案】夏天室内热负荷主要来自太阳辐射，如房屋前截种几棵大树，枝叶繁茂会遮挡阳光，使房屋处于树荫下，可以凉快些，从而减少使用空调。到了冬天，树叶落光，太阳光线可直射到房屋上，因而又可推迟使用暖气时间或少用暖气。这样便可达到节能的目的。

10．简述温室效应是怎么回事？

【答案】（1）对于普通玻璃、塑料薄膜、非对称的双原子气体及多元子气体等介质，可以透射可见光，但可以阻隔红外线。

（2）当可见光透射过这些介质后，被这些介质包围的固体吸收；

（3）另一方面，固体的温度相对较低，发出的辐射能绝大部分是红外线。

（4）红外线无法透过这些介质，使得被这些介质包围的固体的温度升高。这就是温室效应。

二、计算题

11．在液体沸腾的壁面上有一个如图所示的气化核心，且形成了一个气泡，试写出气泡力平衡和热平衡的表达式，从中可以得出什么结论？如果壁面的光洁度提高，对沸腾过程是否有利？

图 气化核心示意图

【答案】力平衡为:

由图所示，该气泡的体积近似为:

气泡表面积为:

代入力平横关系式，微分，得到

得:

热平衡为:

从力平衡可知，要使气泡膨胀长大，须满足的饱和蒸气温度因此对应的饱和蒸气温度大于对应即液体是过热的。因此，只要R 不是无穷大，要使气泡产生，液体必须过热。光滑表面因R 减小，而使增大，从而导致过热度增加，对沸腾是不利的。

12．质量流量为的变压器油在螺旋盘管中流过，油温从被冷却至

其比定压热容油。出口处水温阻总共为

【答案】传热量为:

水的质量流量:

求解需计算最小换热面积，应采用逆流流动，故: 进口温度为水的比定压热容，油侧表面传热系数为的最小长度、盘数与水的质量流量。 的冷水在盘管外流动用来冷却变压器。水侧表面传热系数为。钢盘管的导热系数为，，污垢热。若盘管的直径为0.4m ，管的外径x 壁厚为57mmx3.5mm 。求螺旋盘管