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一、简答题

1． 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。

2． 从传热角度解释冬天室内散热器应该放置的合理位置。

【答案】冬天室内散热器应放置在相对较低的位置，这种情况下，散热器周围空气形成自然对流，被加热的空气密度减小向上浮升，从而整个房间的空气都被加热；散热器尽量放置在靠近外墙、外窗处，这样室外冷空气进入室内后即被散热器加热，保证流过室内的空气为热空气，不至使人产生吹冷风的感觉。

3． 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。

4． 试说明集总参数法的物理概念及数学上处理的特点。

【答案】（1）集总参数法的物理概念是指当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力，而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数；

（2）集总参数法数学上处理的特点：数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程，大大降低了求解难度。

5． 随着肋片的高度增加，换热器的体积、质量和成本增加，换热量也在増加，考虑上述因素应如何确定肋片高度? 如果不考虑经济性，肋片是否越高越好？

【答案】（1）不同材料的体积、质量和成本不一样，不同场合和用途对体积、质量和成本的重视程度也不一样。所以肋片高度的确定标准也不一样。就体积因素而言，对于等截面直肋，耗材

设:

，则:

（体积不变的情况下）

令

整理得:

解此超越方程:

即

mH 是一个无量纲参数，该值表示H 与m 间的制约关系。不同材料，不同截面形状，不同换热条件，m 不同，所以H 也不相同。

（2）不考虑经济因素时，肋片也并非越高越好。因为肋片散热量与mH 的双曲正切成正比，而双曲正切是以1为极值的单调増加函数，mH=l.5时其值已超过0.9。

6． 蒸气中含有不凝结性气体，对膜状凝结换热有何影响？为什么？

【答案】蒸气中含有不凝结性气体，会使得膜状凝结换热表面传热系数大大减小。 原因:蒸气中含有不凝结性气体，在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增加，蒸气抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力；同时蒸气分压力的下降，使相应的饱和温度下降，

减小了凝结的动力

也使得凝结过程削弱。

二、计算题

7． 蒸汽管道的外径热系数

准备包两层厚度都是15mm 不同材料的热绝缘层。a 种材料的导b 种材料的导热系数

在蒸气管道内表面温度和

a 在里层，绝缘层最外表面温度之差保持不变的情况下，试问下列两种方案哪种散热量较小：（1）b 在外层；（2）b 在里层，a 在外层；哪一种好？为什么？

【答案】当a 在里层，b 在外层时，其产生的热阻为：

当b 在里层，a 在外层时，其产生的热阻为：

因此，

故

所以，第一种情况的保温效果好，而且在相同保温要求下，若采取

该保温措施，其费用也会降低。

8． 用温度计测量管内高温空气的温度。如图所示，温度计示数为际温度为

则

三者的相对大小如何？（按

管内壁温度为两种情况说明。）

而空气实

图

【答案】若

9． 直径为

贝

J

即测的温度偏高；若

则

即测的温度偏低。 的环境处于热平衡

单位长度电阻为R 、发射率为的金属棒，初始时与温度为

状态，后通过电流

【答案】

已知棒与环境的表面传热系数为。试导出通电流期间金属棒温度随时间变

化的规律，并写出处于新的热平衡状态的条件。（不用求解）