2017年大连理工大学能源与动力学院841热工基础之传热学考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 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，选择得不适当会使温度产生震荡，而不收敛于某一数值，这是不符现实的。
2 “热对流”与“对流换热”是否为同一现象？试以实例说明．。对流换热是否属于基本的传热方式？
【答案】（1）热对流与对流换热是两个不同的概念，属于不同现象。
（2）其区别为:①热对流是传热的三种基本方式之一，而对流换热不是传热的基本方式；②对流换热是导热和热对流这两种基本传热方式的综合作用，由于流体质点间的紧密接触，热对流也同时伴随有导热现象；③对流换热必然具有流体与固体壁面间的相对运动。
（3）工程中流体与温度不同的固体壁面因相对运动而发生的传热过程称为对流换热。
3． 迪图斯-贝尔特公式采用什么方式来修正不均匀物性场对换热的影响？请分析修正方法的合理性。
【答案】（1）迪图斯坝尔特公式的两个表达式为：
式中，用n=0.4；n=0.3。 来修正不均匀物性场对换热的影响。当加热流体时，当冷却流体时，
（2）修正方法的合理性：显然，加热液体时由于壁面附近液体黏性降低，边界层内速度分布
变得平缓，速度梯度增大；同理温度梯度也增大，h 増大，n 取0.4是合理的，符合h 增大的特征。
4． 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。
5． 何谓物理现象相似？两个对流换热现象相似的条件是什么？相似原理对解决传热问题有何意义？
【答案】（1）物理现象相似的定义：如果同类物理现象的所有同名的物理量在所有对应瞬间、对应地点的数值成比例，则称物理现象相似。
（2）物理现象相似的条件：①司类物理现象；d 单值性条件相似；③司名已定特征数相等。
（3）相似原理是指导如何对传热问题进行实验研究的理论，回答了3个问题：①何安排实验；②如何整理实验数据；③实验结果的应用范围。
6． 写出格拉晓夫准则（数）的表达式及物理意义。 【答案】表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小。
7． 空调和制冷用的冷却器，其管外装的肋片往往制成百叶窗式肋片，如图所示。试问肋片做成这种形式的意义？
图
【答案】空气流过平直肋片时，随着流程的增长，边界层会增厚，表面传热系数会减小。将其做成百叶窗式，可使流体流经肋片的边界层破坏，使边界层减薄。同时，流体脱离百叶窗式肋片后产生分离状扰动。这些均能强化传热。
8． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。
【答案】用一只手握住盛有热水的杯子，手所感受到的是杯子外壁面的温度。不搅拌时，杯中的水与杯子间为自然对流传热，这种情况下的对流传热系数相对较小，杯子外壁面的温度相对较低；当另一只手用筷子快速搅拌热水，水在杯中随着搅拌而旋转，水与杯子间的换热为强制对流换热，对流传热系数增大，水与杯子间的换热量增加，杯子外壁面的温度升高，因此握杯子的手会显著地感到热。
9． 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性？
【答案】要改善热电偶的温度响应特性，则
（1）需最大限度降低热电偶的时间常数；（2）形状上要降低体面比；（3）要选择热容小的材料；（4）要强化热电偶表面的对流换热。
10．温度同为20℃的空气和水，假设流动速度相同，当你把两只手分别放到水和空气中，为什么感觉却不一样？
【答案】尽管水和空气的流速和温度相同，由于水的密度越为空气的1000倍，而动力粘度则相差不多，在相同的特征尺度下，所当将手放入水中的以雷诺数要远大于放入空气中的雷诺数，
因此，放入水中的努赛尔数大，另一方面，又由于水的导热系数大于空气的导热系数，所以，当将手放入水中时的对流换热系数远远大于放入空气中的对流换热系数，因此，感觉却不一样。
11．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。
12．什么是时间常数？用热电偶测量温度变化着的气流温度时如何提高测量精度？
【答案】时间常数用热电偶测量温度变化着的气流温度时应尽可能减小时间常数，在热电偶材料一定时，增大对流换热系数，减小体积，增大面积，或减小体积面积比。
二、计算题
13．试分别计算当温度为800℃和1400℃时，表面积为0.5m2的黑体表面在单位时间内所辐射出的能量。
【答案】温度为800℃时:
温度为1400℃时:
14．试用数值计算证实，对方程组
用高斯-赛德尔迭代法求解，其结果是发散的，并分析其原因。
【答案】迭代方程：
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