2017年长江大学石油与天然气工程(专业学位)818传热学考研仿真模拟题
● 摘要
一、判断题
1． 在非稳态导热过程中，当物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或者表面换热系数极大时，可以忽略其内部导热热阻。（ ）
【答案】错。
【解析】由毕渥数的表达式：
可知，当物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，
，可以忽略其内部热阻。 或者表面换热系数极大（即保证毕渥数）
2． 热阻也是物质的一个物性参数。（ ）
【答案】错
3． 在顺流与逆流布置的换热器中，逆流布置的换热器的对数平均温差总是大于顺流布置的换热器的对数平均温差。（ ）
【答案】对
【解析】在各种流动型式中，顺流和逆流可以看作是两种极端情况。在相同的进、出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小。
4． 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
5． 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。
时加肋片才有效。（ ）
二、简答题
6． 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。
7． 两物体的温度分别为100℃及200℃，若将其温度各提高450℃并维持其温差不变，其辐射换热热流量是否变化？
【答案】会发生变化。因为物体的辐射力与其热力学温度的四次方成正比，而非一次方成正比。
8． 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。
9． 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。
10．推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似，为什么前者得到的是精确描写，而由后者解出的却是近似解？
【答案】差分方程与微分方程的主要区别是前者用有限小量代替了后者的无限小量，前者用各离散点参数代替了后者的连续参数。实际上物体中的物理参数是时间和空间的连续函数，所以，微分方程是精确解，而差分方程是近似解。
11．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所占份额相应增加所至。
，随着温度的升高，辐射能量中可见光
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
12．时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？同一种物体导热过程中的时间常数是不是不变的？
【答案】时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，为同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的。
13．为什么Pr>l的流体
，
【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：
所以，Pr>l时，
由积分方程解也可
从中不难
看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相联。因此，
14．对于流体外掠平板的流动，试利用数量级分析的方法，说明边界层内垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。
【答案】
设流体的来流速度为
在边界层内
的变化范围为
的变化范围为
根据连续方程有
平板的长度为
边界层厚度为
由边界层理论知
的变化范围为
利用量级分析有：
的变化范围为
即
所以
垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。
15．对于第一类边界条件的稳态导热问题，其温度分布与导热系数有没有关系？
【答案】导热问题的完整数学描述包括导热微分方程和定解条件。在导热系数为常数的稳态导热问题中，只有第一类边界条件下的无内热源稳态导热问题的分析解才与导热系数没有关系，即导热系数只影响热流量，而不影响温度场。
三、计算题
16．试列出极坐标系中的二维、稳态、常物性、有均匀内热源方程（图）。
的导热问题节点（i ，j ）的离散
图 极坐标系网格示意图
【答案】对节点（i ，j ）建立热平衡关系式，得
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