2017年山东大学传热学和工程流体力学之传热学复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、简答题
1． 量微分方程
与固体导热微分方程
两者有何区别？什么情况下
能量微分方程可转化为固体导热微分方程？
【答案】（1）区别：①能量微分方程是在流场中取微元体根据能量守恒定律推导得出，固体导热微分方程式是在固体中取微元体根据能量守恒定律推导得出。②前者考虑了热对流过程、导热过程和作用在微元体上的外力对微元体内流体所做的净功，后者仅考虑了导热过程。
（2）当流体静止时，u=0，v=0，此时：
能量微分方程转化为固体导热微分方程。
2． 冬天，在相同的室外温度条件下，为什么骑摩托车比步行时感到更冷些，一般要戴皮手套和护膝？
【答案】因为强制对流换热强度与流体壁面之间的相对速度有关，相对速度越大，对流换热越强。与步行相比，骑摩托车时相对速度较大，对流换热强度大些，因此人体会散失较多的热量从而感到更冷些。
皮手套和护膝，由于透气性差、导热系数小，增加了传热热阻，降低了散热量，从而起到保护作用。
3． 以任意位置两表面之间用角系数来计算辐射换热，这对物体表面做了哪些基本假设？
【答案】推导角系数的三条假设是:
； （1）换热表面为非凹表面（排除表面自身辐射换热的情况）
（2）换热表面为漫福射表面，即物体发射的定向辐射强度及反射的定向辐射强度与方向无关；（3）物体表面的辐射物性均匀，即温度均匀，发射率及反射率均匀。
4． 什么是热边界层？能量方程在热边界层中得到简化所必须满足的条件是什么？这样的简化有何好处？
【答案】流体流过壁面时流体温度发生显著变化的一个薄层。能量方程得以在边界层中简化，必须存在足够大的贝克莱数，即
也就是具有
的数量级，此时扩散项
才
能够被忽略。从而使能量微分方程变为抛物型偏微分方程，成为可求解的形式。
5． 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。
6． 大容器沸腾换热过程有哪几个主要的区域，并指出临界热流密度在什么情况下会对加热壁面造成损坏？
【答案】大容器沸腾换热过程有四个主要的区域，分别是:自然对流沸腾区、核态沸腾区、过渡沸腾区和膜态沸腾区。
由于到达临界热流密度后加热壁面温度的升高反而使热流密度下降，直至进入稳定膜态沸腾后换热热流密度才随热流密度的升高而再次増加，但此时加热壁面温度已相当高。这样，在控制热流密度的加热过程中，当加热热流密度高于临界热流密度后就会引起壁面温度的急剧升高，从而会造成加热壁面的损坏（如电加热、核反应堆燃料棒的加热过程）。因此，在实际工作中应避免沸腾换热的设备运行在临界热流密度附近。如果是控制加热壁面温度的加热过程就不会出现上述现象，也就不必控制临界热流密度。
二、计算题
7． 表面面积为向辐射力。
【答案】
8． 一种测定沸腾换热表面传热系数的实验装置见图, 液面上压强为一个大气压。实验表面系一铜质圆柱的断面（导热系数据
:
），在
及的系数
处安置了两个热电偶以测
定该处的温度。柱体四周绝热良好，无向外散热。在一稳态工况下测得了以下数
，试确定:米海耶夫公式辐射力为
求表面法向的定向辐射力及与法向成45℃方向的定
图
【答案】柱体周围无散热，导热沿铅垂方向进行，一维导热。设壁体与水接触处温度为，
则:
由米海耶夫公式:
9． 进口温度为的流体流壁温为比定压热容为换热量为:
【答案】
设流体出口温度为U ,
平行平板通道截面宽度为W ,
两板间距为
周边长度为
常数的平行平板通道，通道长为L ，流体质量流量为M ，
，试证明流经该通道后流体与平板间的设流体与平板间的表面传热系数h 为常数
。由热平衡方程式可得:
由题意知:
常数
从0〜L 积分得:
故
若两板间距5很小，取通道宽度W=lm，则U=2，命题得证。