2018年中国科学技术大学工程科学学院833热工基础之传热学考研基础五套测试题
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一、简答题
1． 大容器沸腾换热过程有哪几个主要的区域，并指出临界热流密度在什么情况下会对加热壁面造成损坏？
【答案】大容器沸腾换热过程有四个主要的区域，分别是:自然对流沸腾区、核态沸腾区、过渡沸腾区和膜态沸腾区。
由于到达临界热流密度后加热壁面温度的升高反而使热流密度下降，直至进入稳定膜态沸腾后换热热流密度才随热流密度的升高而再次増加，但此时加热壁面温度已相当高。这样，在控制热流密度的加热过程中，当加热热流密度高于临界热流密度后就会引起壁面温度的急剧升高，从而会造成加热壁面的损坏（如电加热、核反应堆燃料棒的加热过程）。因此，在实际工作中应避免沸腾换热的设备运行在临界热流密度附近。如果是控制加热壁面温度的加热过程就不会出现上述现象，也就不必控制临界热流密度。
2． 用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。
【答案】（1）选用导热系数更小的材料作套管； （2）尽量增加套管高度，并减小壁面导热系数； （3）强化套管与流体间的换热； （4）在储气筒外包以保温材料。
3． 一台氟利昂冷凝器，氟利昂蒸气在光管外冷凝，冷却水在管内流动。为了强化这一传热过程，将管外改为低肋强化表面。后又采用管外与管内均有强化措施的双侧强化管，试分析其原因。
【答案】由于氟利昂蒸气导热系数和气化潜热很小，根据Nusselt 理论解，其凝结表面传热系数相对于管内对流换热系数要小很多，也就是氟利昂侧传热热阻大。采用低肋管后，可以将氟利昂侧凝结表面传热系数提高十多倍，这时管内传热热阻反而大于氟利昂侧热阻，因而管内也需要进行强化，从而使两侧热阻相当，才能收到更好的强化换热效果。
4． 试说明数的物理意义。及各代表什么样的换热条件？有人认为，绝热工况，你是否赞同这一观点，为什么？
【答案】（1）（2）①
数的物理意义是物体内外热阻之比的相对值。
时说明传热热阻主要在边界，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析
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代表了
求解；②
（3）认为
时，说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁温就是流体温度。
代表绝热工况是不正确的，
的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，
而绝热工况下边界热阻无限大。
5． 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。
6． 在什么条件下物体表面的发射率等于它的吸收率？在什么情况下否意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律？
【答案】（1）对于漫-灰表面（2）当式为
反之则
时，并不意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律，因为基尔霍夫定律的基本表达
？当时，是
二、计算题
7． 如图1所示，由半球面和平面组成的半球腔体，其半径及，半球表面绝热，底面均分为1、2两部分。已知表面1为黑体，温度2的辐射换热量
表达式。（要求:画出网络图、标出各项辐射热阻、求出角系数）
（2）半球表面的温度
表面2为灰体，温度
发射率
求:（1）表面1与表面
图1
【答案】（1）画出给辐射换热系统的热网络图，如图2所示。
图2
由几何结构可知，
因此，
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又表面1为黑体，则由表面3绝热可知，
于是，化简该辐射换热网络图如图3所示。
图3
其中，
由上述辐射换热网络图可知:
（2）由
得:
又
。所以有:
8． 某一逆流套管换热器，其中油从的流量为720kg/h。油的比热容为置，其传热系数为
【答案】（1）油的质量流量及换热器的换热量:
或者
（2）逆流布置时的对数平均温差:
（3）换热器的面积:
9． 常物性流体管内受迫层流稳态流动，在流动充分发展段，描述流体运动的动量微分方程为:为:
根据微分方程，结合边界条件，证明流动充分发展段的速度分布其中，R 为管内半径。
【答案】数学描述为:
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被冷却至水由加热到，水按逆流布
水的比热容为
计算油的质量流量及该换热器的面积。