2017年中国科学技术大学核科学技术学院833热工基础之传热学考研导师圈点必考题汇编
● 摘要
一、简答题
1． 试分别说明导热问题3种类型的边界条件。
【答案】（1）第一类边界条件:已知任意时刻物体边界上的温度分布；
（2）第二类边界条件:已知任意时刻物体边界上的热流密度或温度梯度；
（3）第三类边界条件:已知任意时刻物体边界与周围流体间的对流换热情况，即已知表面传热系数h 和周围流体温度t f 。
2． 辐射和热辐射之间在什么区别和联系？热辐射有什么特点？
【答案】（1）辐射和热辐射之间的区别和联系:①辐射是由原子内部的电子激发产生的电磁波传播，由于激发的方法不同，所产生的电磁波波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也不同；热辐射是由自身温度或热运动的原因激发产生的电磁波传播；②热辐射是辐射的一种形式。
（2）热辐射的特点是投射到物体上能产生热效应。
3． 什么是物体表面的黑度，它与哪些因素相关？什么是物体表面的吸收率，它与哪些因素相关？它们之间有什么区别？
【答案】物体表面的黑度被定义为物体表面的辐射力与其同温度下黑体辐射的辐射力之比，它与物体的种类、表面特征及表面温度相关。物体表面的吸收率是表面对投入辐射的吸收份额，它不仅与物体的种类、表面特征和温度相关，而且与投入福射的能量随波长的分布相关，也就是与投入福射的发射体的种类、温度和表面特征相关）。比较两者的相关因素不难看出它们之间的区别，概括地说黑度是物体表面自身的属性，而吸收率确不仅与自身有关情况有关还与外界辐射的情况紧密相连。
4． 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。
5． 在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖好，还是多孔的空心砖好? 为什么？
【答案】（1）在寒冷的北方地区，建房用砖采用多孔的空心砖好。
（2）因为在其他条件相同时，实心砖材料的导热系数约为
而多孔空心砖中充
满着静止的空气，空气在纯导热（即忽略自然对流）时导热系数约为
心砖是很好的绝热材料。寒冷地区建房用多孔空心砖好。
6． 为什么Pr>l的流体
，
【答案】Pr>l，说明流体传递动量的能力大于传递热量的能力，因此
以证明这一点。由动量积分方程得：所以，Pr>l时， 可见，空由积分方程解也可
7． 为什么太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面，而辐射采暖板不需要做黑色？
【答案】（1）①太阳灶要求吸收太阳辐射的能量要多，而太阳辐射射线的能量主要位于短波范围，最佳的太阳灶受热面应是部分光谱全部吸收
，，黑色表面有利于吸
；②另一方面太阳灶要求本身辐射出去的能量要尽量少，而太阳灶本身收可见光（属于短波辐射）
辐射出去的能量因温度不是太高主要位于长波部分，粗糙表面能使长波辐射投射到自身而减少辐射热损失。
两方面综合，粗糙的黑色表面吸收太阳能最多，损失的长波辐射最少。把太阳灶的受热面做成粗糙的黑色表面能基本满足上述要求，因此，太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面。
（2）对于辐射采暖板，其表面温度不高，大部分福射射线的能量位于长波范围。此时，采用粗糙的黑色表面
，
需要做成黑色。
8． 为什么用普朗特数
度？
【答案】普朗特数分子表征了流体由于分子运动而扩散动量的能力，这一能力越大，由基尔霍夫定律，反而阻碍其散热，因此辐射采暖板不可以定性地判断流体外掠平板时的速度边界层和温度边界层的相对厚粘性的影响传递的越远，速度边界层越厚；分母则表征了热扩散的能力，因此，两者相比，基本上可以反映边界层的相对厚度。
9． 分析双层保温杯中从热水到外界环境的传热过程，并提出提高保温性能的措施或途径。
【答案】（1）传热过程:内部水通过向对流换热传热给内层内壁，而后通过导热传给内层外壁，内层外壁通过对流换热及辐射换热传热给外层内壁，内壁通过导热传热给外层外壁，外壁通过自然对流换热与外界空气交换热量。
（2）措施:内、外层间抽真空，内层外壁及外层内壁作表面处理，减小表面发射率，内、外层间加层，相当于加遮热板。
10．何谓黑体、白体、透明体、灰体？
【答案】（1）黑体是指能全部吸收外来射线的物体；
（2）白体是指能全部反射外来射线的物体；
（3）透明体是指物体能被外来射线全部透射的物体；
（4）灰体是指物体的单色发射率不随波长而变化的物体。
二、计算题
11．平板长0.3m ，以0.9m/s的速度在25°C 的水中纵向运动，求平板上边界层的最大厚度，并绘出它的速度分布曲线（积分方程解）。
【答案】边界层的最大厚度发生在板的末端处，即x=0.3m处。本题要求计算板末端沿壁面法线方向不同距离处的局部速度值，并描绘出速度分布曲线。
25℃时，
计算结果如下表:
表 计算结果表
速度分布曲线略。
12．一厚为的无限大平板，其一侧被加热，热流密度
表面传热系数为并求出平板内的温度分布函数及平板的最高温度。
【答案】建立如图所示的坐标，则该问题的微分方程式及边界条件为：
为常数，另一侧向温度为的环境散热，平板导热系数为常数。试列出平板中稳态温度场的微分方程式及边界条件，
求解微分方程，得：
将两边界条件代入，
解得
则单层平壁内的温度分布表达式为：
平板中温度最高的界面在x=0处，因此平板的最高温度为：
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