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一、简答题

1． 钢铁表面约500℃, 表面看上去为暗红色；当表面约1200℃时，看上去变为黄色，这是为什么？

【答案】根据普朗克定律所揭示的关系

，随着温度的升高，辐射能量中可见光

所占份额相应增加所至。

2． 掠平壁层流边界层内，为什么存在壁面法线方向（y 向）的速度v?

【答案】y 向的速度v 是由于边界层不断増厚，所排挤掉的流体产生的速度。

3． 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。

4． 在气温为10℃的房间内用细绳吊一段直径均匀的圆柱冰块，过一段时间后，冰块的形状会发生哪些变化？冰块会在绳上完全融化吗？

【答案】由题意知，该冰柱的融化过程相当于竖圆柱的自然对流换热。根据竖壁自然对流换热的机理，由于冰柱壁面温度低于周围空气温度，故流体贴壁向下流动，边界层上部薄而下部厚。局部对流换热系数上部较大而下部较小，因此，虽然冰柱整个会慢慢融化，但是上部融化较快，其形状会变得上部细、下部粗，不等在绳上全部融化完就会掉在地上。

5． 解释边界层中

【答案】边界层中

的物理意义。

的物理意义是指沿壁面法线方向压强p 并不发生变化，边界层外主

流区压强变化的规律可推广应用到边界层内。

6． 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。

二、计算题

7． 一蒸汽锅炉炉膛中的蒸发受热面管壁受到温度为1000℃的烟气加热，管内沸水温度为200℃，烟气与受热面管子外壁间的复合换热表面传热系数为数为

沸水与内壁间的表面传热系

试计算下

管子外径为52mm ，壁厚6mm ，管壁导热系数

③内表面上有一层厚为1mm 的水垢，

其

列3种情况下受热面单位长度上的热负荷和管壁平均温度：①换热表面无垢；②外表面结了一层厚为1mm 的烟灰，其

【答案】①换热表面无垢时，热负荷：

管壁平均温度：

=232℃

②外表面结了一层厚为lmm 的烟灰时，其热负荷为：

管壁平均温度：

③内表面上有一层厚为lmm 的水垢时，热负荷：

=11104W/m

管壁平均温度：

可见，不论结水垢还是灰垢都会使热负荷下降，而结水垢还会使管壁温度上升，造成安全隐患。

8． 外掠平壁层流边界层稳态流动，取无量纲坐标求相似解的无量纲动量方程，并写出相应的边界条件。

【答案】动量微分方程和相应的边界条件为：

已知

⑴

上式中，

（3）（4）

无量纲流函数试推导