2017年东北大学材料与冶金学院834传热学[专业硕士]考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 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。
2． 写出格拉晓夫准则（
【答案】数）的表达式及物理意义。 表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小。
3． 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
4． 怎样计算流体在粗糙管中流动时的表面传热系数？粗糙管内的层流流动换热是否能采用光滑管公式计算？为什么？
【答案】（1）流体力学对粗糙管壁内的流动进行了大量的实验研究，积累了大量的摩擦系数实验数据。因此，粗糙管内的换热计算可以采用类比公式，即来进行计算。当缺乏阻
且 力数据，不能采用类比公式进行换热计算，且无实验获得的粗糙管内准则关联式时，可采用光滑管实验关联式进行换热计算。但关联式计算结果必须乘以粗糙管壁修正系数（2）粗糙管内的层流流动换热能采用光滑管公式计算。
（3）粗糙管内的层流流动换热能采用光滑管公式计算的原因是因为当粗糙管内的流态为层流时，由于糙粒高度被边界层所覆盖，其强化传热的作用已消失，故可采用光滑管公式进行计算，结果勿需修正。
5． 试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？（以暖气片管内走热水为例）。
【答案】（1）有以下换热环节及传热方式:由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热
；由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热； （强制对流）
（2）由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
6． 何谓黑体、白体、透明体、灰体？
【答案】（1）黑体是指能全部吸收外来射线的物体；
（2）白体是指能全部反射外来射线的物体；
（3）透明体是指物体能被外来射线全部透射的物体；
（4）灰体是指物体的单色发射率不随波长而变化的物体。
7． 温度为T 的灰体，其有效辐射是否有可能大于同温度下的黑体福射？
【答案】有可能。因为有效辐射等于自身辐射与投入辐射的反射部分之和，反射部分越大，有效辐射也越大，因此，完全有可能某一温度下的物体其有效辐射大于同温度下的黑体辐射。
8． 分析双层保温杯中从热水到外界环境的传热过程，并提出提高保温性能的措施或途径。
【答案】（1）传热过程:内部水通过向对流换热传热给内层内壁，而后通过导热传给内层外壁，内层外壁通过对流换热及辐射换热传热给外层内壁，内壁通过导热传热给外层外壁，外壁通过自然对流换热与外界空气交换热量。
（2）措施:内、外层间抽真空，内层外壁及外层内壁作表面处理，减小表面发射率，内、外层间加层，相当于加遮热板。
9． 若严冬和盛夏时室内温度均维持20℃，人裸背站在室内，其冷热感是否冬夏相同？
【答案】不相同。人体与周围环境的热交换包括对流换热和辐射换热。（1）对流换热，本题可认为对流换热量冬夏差别不大，因为人体温度冬夏基本相同，室内空气温度相同，其自然对流换热系数及换热温差相同，因此对流换热量基本相同；（2）辐射换热，辐射换热量冬夏差别较大，因为冬季围护结构温度比夏季要低得多，因此冬季人体通过辐射散热量要大于夏季，当严冬和盛
夏时室内温度均维持20℃，人裸背站在室内，其冷热感冬夏是不同的，冬季会有明显更冷的感觉。
10．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
，
需要做成黑色。
由基尔霍夫定律，反而阻碍其散热，因此辐射采暖板不
二、计算题
11．试推导内部拐角一侧绝热，另一侧对流换热边界条件的二维稳态导热节点方程式（图）。
图 内部拐角节点示意图
【答案】针对节点建立热平衡关系式，得
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