2017年北京交通大学06105传热学复试实战预测五套卷
● 摘要
一、简答题
1． 为了测量管道中的气流温度，在管道中设置温度计。试分析由于温度计头部和管壁之间的辐射换热而引起的测温误差，并提出减少测温误差的措施。
【答案】（1）为了准确测量管道内气流的温度，必须减少由于干扰项引起的测量误差。高温条件下辐射换热对于气流温度的测量误差可达到8%〜10%，因此必须采取措施去除辐射换热的影响。
（2）减少测温误差的措施:加辐射隔热板。加上辐射隔热板后可将误差减小到0.5%左右（见图）。
图
2． 在青藏铁路建设中，采用碎石路基可有效防止冻土区的冻胀和融降问题，为什么？
【答案】碎石路基中的空隙可以有效阻止热量自上而下的传递，而能顺利地将冻土层的热量自下而上的传递。其原因是:空隙内的空气的自然对流能将下方的热量传递到上方，而不能将上方的热量传递给下方，即路基中热量只能单向传递，这样就可以维持路基下冻土层的常年冻结。
3 “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。
4． 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。
5． 为什么热量传递和动量传递具有相似性？雷诺类比适用于什么条件？
【答案】（1）通过边界层分析，得到的边界层动量微分方程式和能量微分方程式形式完全一致，且各自对应的边界条件也是相同的，说明边界层中的速度分布和温度分布具有类似的规律。由于边界层中存在温度梯度，因此产生了热量的传递，传递的热量具体体现为热流密度q ；由于同时存在速度梯度，因此产生了动量传递，传递的动量具体体现为黏性应力
布的相似性说明热量传递与动量传递具有相似性。
（2）雷诺类比适用于Pr=l的流体。
6． 非稳态导热采用显式格式计算时会出现不稳定性，试述不稳定性的物理含义。如何防止这种不稳定性？
【答案】（1）不稳定性的物理含义是指在显式格式离散方程中，后一时刻的温度取决于前一时刻的温度，同一节点温度前的系数有出现负值的可能性。如果出现负值，就意味着该点温度在前一时刻温度越高，则后一时刻温度将越低，甚至会出现比周围节点温度还要低的现象，这违背了热力学第二定律。
（2）为防止这种导致数值计算不稳定性的现象发生，要求空间网格必须满足一定的条件，从而使同一节点的离散系数不出现负值。
和时间网格的选取温度分布与速度分
二、计算题
7． 写出无限长的长方柱体
热系数为常数；内热源强度为
热量，y=0处的表面保持恒定温度二维稳态导热问题完整的数学描述。长方柱体的导在x=0处的表面绝热，x=a处表面吸收外界温度为的流体的y=b处的表面对温度为0的流体放出热量。
【答案】由题意知，该问题的导热微分方程为：
边界条件：
8． 温度为0.1mm 的电阻丝被置于空气流中，并与来流方向垂直。来流温度为20℃，电阻丝的加热功率为17.8W/m。试确定使电阻丝稳定在40℃的空气流速。空气在一个大气压下的物性如表1所示。
表1
空气外绕圆柱体的对流换热准则关系式为：表
2 其中和如表2所示。
【答案】定性温度为以此温度查物性得：
计算对流换热系数：
假设雷诺数在40〜4000范围内，查表得：C=0.615，n=0.466。可得雷诺数为：
在假设的范围内。
空气流速为：
9． 冷藏箱壁由两层铝板中间夹一层厚100mm 的矿棉组成，内外壁面的温度分别为—5℃和25℃，矿棉的导热系数为
损失増加多少？
【答案】（1）由热阻分析，两层铝板热阻可以忽略不计，干燥时冷损失为：
（2）假设环境温度30℃，相对湿度70%，对应露点温度燥层厚此条件下的热损失为：
即
结冰厚含水层厚干
求散冷损失的热流密度q 。大气水分渗透使矿棉变湿，且和问冷藏箱的冷内层结冰。设含水层和结冰层的导热系数分别为