2018年东南大学建筑学院918传热学考研强化五套模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 当把盛有稀饭的碗放在水盆中冷却时，搅动稀饭和搅动水盆中的水，两种情况下稀饭冷却的速度一样吗？为什么？
【答案】不一样。搅动稀饭冷却速度快（1分）。因为稀饭与水间的传热过程，稀饭侧热阻为主要热阻，要强化换热应首先从稀饭侧入手。而搅动稀饭时稀饭内部形成强制对流，并且各时刻稀饭内的温度基本相同，加大了稀饭外界间的传热湿差，冷却速度快。
2． 试说明用热平衡法对节点建立温度离散方程的基本思想。
【答案】用热平衡法对节点建立温度离散方程的基本思想是用有限小元体代替微分分析中的无限小微元体，用傅里叶定律写出与周边元体的导热量，由净导热量与内热源量和内能增量之间的能量平衡关系得到节点方程。
3． 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。
4． 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（强制对流）；由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；
（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。
5． 什么是显式格式？什么是显式格式计算中的稳定性问题？
【答案】（1）在非稳态导热的差分分析中，取温度对时间的向前差分，使后一时刻的温度分布完全取决于前一时刻的温度分布，而不必联立方程求解。这样的差分格式称为显式。
（2）在显式计算中，时间步长和空间步长的选择会影响求解过程的稳定性，选择得不适当会
第 2 页，共 40 页 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
使温度产生震荡，而不收敛于某一数值，这是不符现实的。
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． 用厚度为的2块薄玻璃组成的具有空气夹层的双层玻璃窗和用厚度为的1块厚玻璃组成的单层玻璃窗传热效果有何差别？试分析存在差别的原因。
【答案】（1）两玻璃窗传热效果的差别:双层玻璃窗的传热效果比单层玻璃窗差。
（2）存在差别的原因:双层玻璃窗增加了空气夹层，通常夹层厚度远小于窗的高度，自然对流难以展开，且空气的导热系数很小，因此増加了空气层热阻，传热系数比单层玻璃窗更小，保温效果更好。
8． 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。
9． 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。
10．采用套管式温度计测量流体温度时为什么会产生测温误差? 如何减小测温误差？
【答案】（1）产生测温误差主要有下列原因:①温度计的感温泡与套管顶部可能存在接触热阻和导热热阻；②套管顶端向根部导热；③套管外表面向流场壁面的辐射换热；④流体与套管外表面的对流换热热阻。稳态时，套管从流体获得的对流热流量正好等于套管向根部的导热和与壁面间的辐射换热量之和。
（2）减小测温误差的措施:①加强测温套管附近流场壁面的保温；②采用尽量长的测温套管；③选用导热系数小的材料做测温套管；④在强度允许的情况下，尽量采用薄壁套管；⑤尽量提高流体与套管的对流换热表面传热系数，并注意不使测温套管端部处于流动死角；⑥在不影响对流
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换热的条件下，在测温套管外安装遮热板以减少与流场壁间的辐射换热。
二、计算题
11．一太阳能集热器的玻璃盖板面对太阳，测出太阳对该板的总辐射照度为
度为不考虑对流换热。已知玻璃表面的发射率为
试计算此时板表面的平衡温度。
【答案】（1）依据热平衡原理，玻璃吸收来自太阳的能量等于平板对周围环境辐射的热量:
（2）当考虑对流换热时，玻璃吸收来自太阳的能量一玻璃与周围环境的辐射热量+玻璃与空气之间对流换热量之和:
通过迭代求解可得:
12．直径为0.1mm ，长度为lm 的电阻丝水平地置于30℃的静止空气中，试问在不计辐射换热的情况下它每米长度上能承受的最大散热量是多少？如果考虑辐射换热，这一最大散热量朝哪个方向变化？该电阻丝的熔点为970℃。
附注：
（1）空气在水平圆柱体外自然对流换热的准则式：
（2）500℃空气的物性参数
：
【答案】最大散热量为相应于熔点温度下的表面换热量，有：
考虑辐射换热后，在同样壁温下增加了辐射换热量，可承受的热负荷可大大增加。
第 4 页，共 40 页 环境温而玻璃对太阳辐射的吸收率为试计算该板的辐射平衡温度；如考虑对流换热，
且已知表面对流换热系数