2018年北京市培养单位光电研究院814热工基础之传热学考研基础五套测试题
● 摘要
一、名词解释
1． 接触热阻，沸腾的临界热流密度，入口效应，黑体，温室效应。
【答案】接触热阻:由于固体表面之间的接触都不可能是紧密的，两壁面之间只有接触的地方才直接导热，在不接触处存在空隙，热量是通过充满空隙的流体的导热、对流和辐射的方式传递的，因而存在传热阻力，称为接触热阻。
沸腾的临界热流密度指核态沸腾时达到的最大热流密度。
入口效应:从管子进口到充分发展段之间的区域称为入口段，入口段的热边界层较薄，局部表面传热系数比充分发展段的高，且沿主流方向逐渐降低。
黑体是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种假想的物体。
温室效应:大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外辐射出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高。
2． 对流换热
【答案】对流换热是指由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
3． 发射率
【答案】发射率是指实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值。
二、判断题
4． 把手分别伸进100°C 的空气或者80°C 的水中时, 手在100°C 的空气烫伤的可能性要大一些. （ ）
【答案】错
【解析】流体流动的换热关联式可以用下式表示:。由于在相同流速、特征长度情况下, 水的雷诺数远大于空气的雷诺数, 因而水与手之间的换热系数远
C 的水中烫伤的可能性要大些。 大于空气与手的换热系数, 所以手在80°
5． 只要材料的导热系数为常数，一维无限大平板内的温度沿热流的流向分布就为线性分布。（ ）
【答案】错
6． 实际物体的吸收率只与本身的特性有关（如温度、材料种类、表面状况等。（ ）
【答案】错
7． 对于需要强化换热的换热面来说，当毕渥数
【答案】对
【解析】因为増加肋片加大了对流传热面积有利于减小总面积的热阻，但是肋片増加了固体的导热阻力。因而当毕渥数时，加肋片才有效。
8． 对于重辅射表面（即绝热面），从辐射特性而言可当作黑体，而从吸收特性而言相当于白体。（ ）
【答案】对
时加肋片才有效。（ ）
三、简答题
9． 两滴完全相同的水珠分别落在120℃和400℃的铁板上，哪一滴先汽化掉，说明原因。
【答案】落在120℃铁板上的水珠先汽化。因为120℃铁板上的水珠在核态沸腾区换热强，400℃铁板上的水珠位于稳定膜态沸腾，热量要经过热阻较大的气膜，换热系数非常小。
10．根据对导热系数主要影响因素的分析，试说明在选择和安装保温隔热材料时要注意哪些问题。
【答案】（1）根据工作温度选择适合的保温材料；
（2）进行保温计算时应考虑温度对保温材料导热系数的影响；
（3）选择导热系数小的材料，其密度在最佳密度附近，使其具有最佳保温性能；
（4）保温材料的保温性能受水分影响很大，必须采取防水措施；
（5）采用各向异性材料时要注意导热方向对导热系数的影响。
11．什么情况下可以把竖直夹层内空气的自然对流换热作为纯导热过程？为什么？
【答案】（1）当两壁的温差与夹层厚度都很小时，可以把竖直夹层内空气的自然对流换热作为纯导热过程。
（2）在这种情况下，自然对流非常微弱，以致可以认为夹层内没有流动，因此可以作为纯导热处理。实验研究证实：当以厚度为定型尺寸的
并以此作为判据。
12．为什么Pr>l的流体
，时，可以作为纯导热过程，
由积分方程解也可
所以，Pr>l时， 【答案】Pr>l，说明流体传递动量的能力大于传递热量的能力，因此以证明这一点。由动量积分方程得：
13．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。
14．什么是热边界层？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。
15．饱和水在水平加热表面上沸腾（壁面温度可控）时，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是否也增加？为什么？
【答案】在自然对流区和核态沸腾区，随着壁面过热度
热系数是增加的，因随
增加。 当进一步提高
再提高时，进入过渡沸腾区。这时，由于的增加，在加热表面上形成一层汽膜，汽膜的导热系数较小，热阻增加，致使沸腾换热表面传热系数下降。 进入稳定膜态沸腾区，加热表面上形成稳定的汽膜层。这时汽化只能在汽-液交界面上进行。汽化所需热量靠导热、对流、辐射通过汽膜传递。因这时壁温很高，辐射热量急剧增加，沸腾换热表面传热系数又随的増加而增加。
16．为什么珠状凝结的表面传热系数比膜状凝结的高？
【答案】由于珠状凝结时表面不易形成凝结液膜，相比膜状凝结没有液体膜层热阻，蒸气直接与冷壁面接触，因而表面传热系数高。
的增加，沸腾换热表面传的増加产生汽泡的核心数增加，汽泡对流体的扰动剧增，表面传热系数
四、计算题
17．绝缘电线的内部为半径为R ，长度为L 的铜线，该铜线的导热系数
其导热系数
温度为为常数，已知铜线外侧与绝缘塑料皮接触处温度恒定为为常数，电阻率为绝缘塑料皮的外侧空气导线通过电流I （A ）而均匀发热。铜线外侧敷设绝缘塑料皮，绝缘塑料皮厚度为绝缘塑料皮外侧与空气间的表面传热系数为h 。试写出这一稳态过程的数学描述。
【答案】该问题的数学物理模型如图所示。
由式可知，圆柱坐标系的通用导热微分方程式如下式所示：