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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

；②另一方面太阳灶要求本身辐射出去的能量要尽量少，而太阳灶本身收可见光（属于短波辐射）

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． 如何强化膜状凝结换热，试举出一个强化水平管外凝结换热的例子。

【答案】强化膜状凝结换热基本原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜厚度；实现方法:用各种带尖峰的表面使在其上冷凝的液膜减薄，以及使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。如利用沟槽管，使液流在下排过程中分段排泄。

3． 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 。

4． 写出基尔霍夫定律的数学表达式，说明其含义及适用条件。

【答案】

表明善于吸收的物体必善于发射，反之亦然。适用条件:实际物体与黑体投

射辐射处于热平衡，或者为灰体。

5． 太阳与地球之间存在着广阔的真空地带，它是怎样把能量传到地球上的？

【答案】太阳通过热辐射把能量传递到地球上。从福射的本质和特点可知，热辐射可以通过真空自由地传播而不需要任何中间介质，因此辐射换热并不需要两物体直接接触。

6． 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。

7． 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。

8． 试述

数和

数的区别。

数中的为流体的导热系数，

为影响边界层厚度的几何尺寸。

数反映靠近壁面流体层

数反映物体内部的导热热阻与外部的换热热阻之间的

【答案】

数中的为物体的导热系数，为固体壁（如壁厚等）的某一尺寸；的导热热阻与对流换热热阻的相对大小；

相对大小。

9． 用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水以哪些方式散发热量？打开水壶盖和盖上水壶盖，开水的冷却速度有何区别？

【答案】（1）用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水散发热量的方式:①水壶与地面间以导热方式传递热量；②水壶与周围空气间以自然对流换热方式传递热量，与周围环境以辐射换热方式传递热量；③壶嘴以蒸发方式散发热量。

（2）打开壶盖后，开水的蒸发速度加快，因此打开水壶盖相对于盖上水壶盖冷却得更快。

10．在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s 。从传热学角度，你认为此值可信吗？

【答案】

根据时间常数定义具体分析，不能盲目相信。

在一定条件下

可以认为是常数，但表面传热

系数h 却是与测温元件与被测物的换热条件有关。因此，对该说明书上表明的时间常数值要进行

二、计算题

11．试根据速度边界层和热边界层的概念，用量级分析的方法，从对流换热的能量微分方程导出二维稳态、常物性、不可压缩流体外掠平板层流边界层流动时的边界层能量微分方程。

【答案】能量方程为：边界层内量级即

为同一量级，即

于是有：

量级：其中具有

的量级应如下理解:等号两边应有相同的量级，如果

为使等号后面的量级为1，故

边界层能量微分方程为：

12．某套管式换热器，内管内径为100mm , 外径为108mm , 管壁导热系数

为0.4kg/s的冷水在内管内流过，温度从20℃被加热到45℃,

其对流换热表面传热系数

套管内流过流量为0.42kg/s的热水，其进口温度为68℃、对流换热表面传热

系数换热器效能

试求:（1）换热器内管长度1; （2）换热器最大可能传热量

已知水的定压比热取

又

所以换热器流型必然是逆流。

而边界层

则属于小的

不具有

量级，则括

号内产生一个很大量级的项

右端括号内两项相比显然

流量

（3）

【答案】（1）