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一、问答题

1． 试述数和数的区别。

数中的为流体的导热系数，

为影响边界层厚度的几何尺寸。数反映靠近壁面流体层

数反映物体内部的导热热阻与外部的换热热阻之间的【答案】数中的为物体的导热系数，为固体壁（如壁厚等）的某一尺寸；的导热热阻与对流换热热阻的相对大小；

相对大小。

2． 绿色住宅的一种节能方式（夏天少用空调、冬天少用暖气）就是在其房屋前栽种几棵大型落叶乔木，试从传热学角度说明大树的作用。

【答案】夏天室内热负荷主要来自太阳辐射，如房屋前截种几棵大树，枝叶繁茂会遮挡阳光，使房屋处于树荫下，可以凉快些，从而减少使用空调。到了冬天，树叶落光，太阳光线可直射到房屋上，因而又可推迟使用暖气时间或少用暖气。这样便可达到节能的目的。

3． 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。

4． 太阳能集热器采用选择性表面涂层，它对太阳辐射的吸收率为0.9, 它本身的发射率为0.3, 这一现象是否违背基尔霍夫定律？为什么？

【答案】（1）这一现象与基尔霍夫定律不矛盾。

（2）原因:基尔霍夫定律的基本表达式为

表面的定向光谱发射率等于它的定向光谱吸收比。

太阳能集热器的吸收板表面上覆盖的选择性涂层，它所吸收的阳光来源于太阳，它对阳光的吸收比是针对太阳温度而言的; 而它本身的发射率是针对其自身的温度。太阳的温度与太阳能集热器吸收板表面的温度显然不同。温度不同使阳光与太阳能集热器吸收板表面自身辐射的光谱分布也不同。所以，这种选择性涂层能使表面吸收阳光的能力与本身辐射的能力不一样与基尔霍夫定律并不矛盾。

5． 灰体表面的有效辐射和本身辐射哪一个大些？

【答案】灰体表面的有效辐射大些。

第 2 页，共 23 页 ，它表明:在热平衡条件下，，因，则 。

6． 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。

温度分布与速度分

二、计算题

7． 流量为

为

:

【答案】

所以有:

根据热平衡，有:

则有:

不必修正。

所以有:

8． 一初始温度为的固体，被置于室温为的房间中。物体表面的发射率为表面与空气间的表面传热系数为h 。物体的体积为V ，参与换热的面积为A ，比热容和密度分别为c 及

热阻可略而不计，试列出物体温度随时间变化的微分方程式。

【答案】该物体在冷却或加热过程中，与周围流体间存在对流换热，与周围环境间存在辐射换热。设环境温度与流体温度相等，则单位时间内对流换热量分别表示为：

第 3 页，共 23 页 的冷却水，在内径为12mm 的铜管冷凝器内流过，水的进口温度为27℃, 出口 温度为33℃，管壁温度维持50℃, 求管长应为多少？已知30℃时水的物性参数 物体的内辐射换热量和内能增量可

由热平衡方程：

注意：当物体被冷却时，

但故

代入热平衡方程，得：

初始条件： 但故当物体被加热时，

这就是热平衡方程等式左边加上“﹣”的原因。

9． 已知换热器内热流体为2程流动，冷流体为1程流动，说明图 所示各形式哪些是可实现的？冷、热流体各是什么过程？

图1 换热器内温度分析图

【答案】首先要分析换热器流体温度变化规律。无论是顺流或逆流，在换热器任一微元换热面积dA 内，由热量平衡关系，热流体温升数值可按下式计算:

A O —沿长度方向单位管长时的换热面积。

故热流体温度变化率:

同理，冷流体温度变化率:

在换热器中冷热流体呈顺流的部分，

故，故从进口到出口，时， 故，故温度曲线的形状如图时

，2所示。在换热器中冷热流体呈逆流的部分，如图3所示，因

由平缓变得陡峭，热流体温度曲线的形状如图3所示。 温度曲线的斜率绝对值均是从小变大，曲线

根据上述分析，问题中只有图1（c ）和（e ）中流动温度变化趋势完全符合逆流、顺流时规律，因而图1（c ）和（e ）是可实现的。具体流动形式是图1（c ）中热流体无相变换热，冷流体是蒸发过程；图1（e ）中热流体在第一程内是凝结换热，第二程内是液体过冷的过程；冷流体是蒸发过程。

图1（a ）、（b ）和（d ）均不能实现，因为其中的顺流或是逆流，沿流动方向的温度变化不符合所述分析。

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