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一、简答题

1． 什么叫时间常数？试分析测量恒定的流体温度时对测量准确度的影响。

【答案】（1）具有时间的量纲，称为时间常数；

对测量准确度的影响：数值上等于过余温度为初始过余温度（2）

测量恒定的流体温度时

的0.368

时所经历的时间。越小，表示物体热惯性越小，到达流体温度的时间越短。测温元件的时间常数大小对恒温流体的测量准确度没有影响，对变温流体的测量准确度有影响，越小，准确度越高。

2． 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。

3． 在对流换热的理论分析中，边界层理论有何重要意义？

【答案】边界层理论的主要意义在于，利用边界层的特征采用数量级分析法来简化对流换热微分方程组，使其变成更容易求解的形式，从理论上寻找出便利于求解h 的途径。

4． 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。

5． 试说明集总参数法的物理概念及数学上处理的特点。

【答案】（1）集总参数法的物理概念是指当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力，而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分

布，温度只是时间的函数；

（2）集总参数法数学上处理的特点：数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程，大大降低了求解难度。

6． 辐射和热辐射之间在什么区别和联系？热辐射有什么特点？

【答案】（1）辐射和热辐射之间的区别和联系:①辐射是由原子内部的电子激发产生的电磁波传播，由于激发的方法不同，所产生的电磁波波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也不同；热辐射是由自身温度或热运动的原因激发产生的电磁波传播；②热辐射是辐射的一种形式。

（2）热辐射的特点是投射到物体上能产生热效应。

7． 迪图斯-贝尔特公式采用什么方式来修正不均匀物性场对换热的影响？请分析修正方法的合理性。

【答案】（1）迪图斯坝尔特公式的两个表达式为：

式中，用n=0.4；n=0.3。 来修正不均匀物性场对换热的影响。当加热流体时，当冷却流体时，

（2）修正方法的合理性：显然，加热液体时由于壁面附近液体黏性降低，边界层内速度分布

变得平缓，速度梯度增大；同理温度梯度也增大，h 増大，n 取0.4是合理的，符合h 增大的特征。

8． 简要画出大空间沸腾换热的沸腾曲线，简述大空间沸腾换热的主要过程与机理。

【答案】如图所示。

水在1个大气压下大空间沸腾换热的沸腾曲线如图所示。随着壁面过热度的増高，出现4个换热规律不同的区域。

（1）自然对流沸腾:沸腾温差很小，壁面上只有少量气泡产生，而且气泡不能脱离壁和上浮，看不到沸腾的现象，热量依靠自然对流过程传递到主体。

（2）泡态沸腾:B 点后开始产生大量气泡。气泡在壁上生成、长大，随后因浮力作用而离开壁。由于气泡大量迅速的生成和它的激烈运动，换热强度剧增，热流密度急剧增大，直到达到热流密度的峰值。

（3）过渡态:C 点后，生成的气泡过多，在加热面上形成气膜，开始时是不稳定的，气膜会突然裂开变成大气泡离开壁，阻碍了传热，换热状况恶化。

（4）膜态沸腾:壁面全部被一层稳定的气膜所覆盖，气化只能在气膜与液的交界面上进行，气化所需要的热量靠导热、对流、辐射通过气膜传递。此时壁温很高，辐射换热随热力学温度4次方急剧增加，D 点后热流密度又继续回升。

图 大空间沸腾换热的沸腾曲线

9． 如何将从实验室得到的实验结果应用于工程实际？

【答案】由相似第二定理可知，相似的两个物理现象具有完全相同的准则函数关系，由根据相似第一定理可知，两个相似的物理现象对应点上的同名准则数相等，所以，如果两个同类物理现象相似，则它们具有完全相一样的准则关系式，所以从实验室得到的实验结果完全可以应用于工程实际。

10．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。

二、计算题

11．为测定管道内蒸汽的温度，在管道壁安装了套管温度计，套管直径为20mm ，长70mm ，壁厚2mm ，套管材料导热系数为

表面传热系数为蒸汽管道壁温为50℃，蒸汽与套管间的对流换热若温度计指示温度为155℃，试确定蒸汽的真实温度。

温度计套管与周围环境之间存在着3种方式【答案】套管温度计可视为一个空心等截面直肋，由于温度计的感温泡与套管顶部直接接触，可以认为温度计的读数就是套管顶端的壁面温度

的热量传递：①通过套管壁从端部向基部的导热；②与蒸汽之间的对流换热；③与蒸汽管内壁面之间的辐射换热。稳态时，对流换热获得的热量应等于导热量和辐射换热量。因此，套管端部温度必然低于蒸汽温度，这就是存在测温误差的原因。