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一、简答题

1． 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。

2． 水和同温空气冷却物体，为什么水的表面传热系数比空气大得多？

【答案】（1）水的导热系数比同温度下空气的导热系数大20多倍，其以导热方式传递热量的能力比空气强；

（2）水的比热容比空气的比热容大得多，

常温下水的

面传热系数比空气大得多。

3． 从传热角度解释冬天室内散热器应该放置的合理位置。

【答案】冬天室内散热器应放置在相对较低的位置，这种情况下，散热器周围空气形成自然对流，被加热的空气密度减小向上浮升，从而整个房间的空气都被加热；散热器尽量放置在靠近外墙、外窗处，这样室外冷空气进入室内后即被散热器加热，保证流过室内的空气为热空气，不至使人产生吹冷风的感觉。

4． 两块厚度相同的无限大平壁，分别由金属铜和木头制成。若保持其两侧表面温度对应相等，那么，在常物性、稳态导热的情况下两平壁内的温度分布是否相同？为什么？

【答案】相同。因为对于常物性、无内热源的无限大平壁的稳态导热，第一类边界条件下其温度分布仅取决于边界温度，而与材料的导热系数无关。

5． 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。

而空气的

两者相差悬殊，水以热对流方式转移热量的能力比空气大得多，因此水的表

6． 试分别说明导热问题3种类型的边界条件。

【答案】（1）第一类边界条件:已知任意时刻物体边界上的温度分布； （2）第二类边界条件:已知任意时刻物体边界上的热流密度或温度梯度；

（3）第三类边界条件:已知任意时刻物体边界与周围流体间的对流换热情况，即已知表面传热系数h 和周围流体温度t f 。

二、计算题

7． 如图所示，一外表面绝热的人工黑体空腔，其内壁近似为黑体，并保持均匀的恒定温度。已知空腔上所开小孔的面积为微小面积

（2）小孔试计算由此

引起的测量误差是多少？

小孔的辐射功率为0.25W ，在小孔正前方

处有一个

的辐射敏感元件用来测量小孔的投射福射。试计算: 对微小表面

的投射辐射是多少？

偏离小孔正前方

但微小表面方向不变，

（1）黑体空腔内壁的温度是多少？ （3）若由于安装时发生失误，使微小表面

图

【答案】（1）由人工黑腔的结构，小孔的面积远小于空腔内表面面积，空腔内表面近似为黑体，因此，小孔的辐射可视为空腔温度下的黑体辐射。

（2）敏感元件上的投射辐射应该等于小孔发射的辐射中到达

位置的那部分，而小孔发射

到敏感元件上的辐射能量可以通过小孔（作为黑体）的辐射强度来计算。根据立体角的定义式和辐射强度的定义式，并考虑到表面法线方向上定向辐射力与辐射强度数量相等的关系，可以计算出敏感元件上的投射辐射。

小孔在法线方向上的定向辐射力为:

微小表面

对小孔所张的立体角:

小孔投射到微小表面的辐射能为:

小孔对微小表面的投射辐射为:

（3）如果敏感元件的位置相对于小孔偏移10°，但方向不变，那么有: 小孔在10°方向上的定向辐射力为:

微小表面

对小孔所张的立体角为:

小孔投射到微小表面的辐射能为:

测量误差为:

8． 为测定某金属的导热系数，进行如下实验。取直径为20mm 的金属长棒，一端放入炉中加热，另一端伸到20℃的空气中，空气与棒之间的表面传热系数为距100mm 的两截面上测得温度分别为

【答案】由题意知，该题目可视为无限长细杆传热问题。

由

得：

即

9． 对管内充分发展的紊流流动换热，试分析在其他条件不变的情况下，将流体加热相同温升，而流体流速増加一倍时，管内对流换热表面传热系数有什么变化？管长又有何变化？

【答案】由题意知，流体流动换热处于紊流充分发展区域，加热流体，因此，

采用公式

，

当其他条件不变，且流速增加一倍时，

即表面传热系数提高74%。

达到热稳态后，在相

试确定该金属的导热系数。