2017年同济大学专业综合之传热学复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、简答题
1． 利用肋化换热器来实现水与空气间的换热，若要强化传热，应将肋片加在空气侧还是水侧？为什么？
【答案】（1）为强化传热，应将肋片加在空气侧。（2）原因:与水侧相比，空气侧对流换热系数较小、热阻较大，加肋片后可显著降低传热热阻，提高传热量。
2． 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。
3． 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。
4． 从泡态沸腾机理分析，为什么大容器核态沸腾时，沸腾液体具有一定的过热度？
【答案】气泡处于既不长大，又不缩小的平衡状态时，必须满足的力平衡条件和热平衡条件分别为:
当忽略液柱静压差时，
由热平衡条件可知，
与对应的饱和温度为
令
与对应的蒸气饱和温度为
由于
可以看出，沸腾液体总是具有一定的过
热度
5． 简要画出大空间沸腾换热的沸腾曲线，简述大空间沸腾换热的主要过程与机理。
【答案】如图所示。
水在1个大气压下大空间沸腾换热的沸腾曲线如图所示。随着壁面过热度的増高，出现4个换热规律不同的区域。
（1）自然对流沸腾:沸腾温差很小，壁面上只有少量气泡产生，而且气泡不能脱离壁和上浮，看不到沸腾的现象，热量依靠自然对流过程传递到主体。
（2）泡态沸腾:B 点后开始产生大量气泡。气泡在壁上生成、长大，随后因浮力作用而离开壁。由于气泡大量迅速的生成和它的激烈运动，换热强度剧增，热流密度急剧增大，直到达到热流密度的峰值。
（3）过渡态:C 点后，生成的气泡过多，在加热面上形成气膜，开始时是不稳定的，气膜会突然裂开变成大气泡离开壁，阻碍了传热，换热状况恶化。
（4）膜态沸腾:壁面全部被一层稳定的气膜所覆盖，气化只能在气膜与液的交界面上进行，气化所需要的热量靠导热、对流、辐射通过气膜传递。此时壁温很高，辐射换热随热力学温度4次方急剧增加，D 点后热流密度又继续回升。
图 大空间沸腾换热的沸腾曲线
6． 肋片高度增加引起两种效果:肋效率下降和散热表面积增加。因而有人认为，随着肋片高度的 增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片散热量反而会下降。试分析这一观点是否正确。
【答案】（1）这一观点是不正确的。 （2）计算公式表明，肋片散热量与以散热量不会
随高度増加而下降。
的双曲正切成正比，而双曲正切是单调增加函数，所
二、计算题
7． 如图所示，复合平壁用两种材料制成，导热系数分别为为B ，两侧分别有冷热流体流过，和
分别代表热、冷流体侧的表面传热系数。求:
和
，厚度为
为
，平壁面积
代表热流体入、出口温度，
代表冷流体入、出口温度
，
（1）此传热过程的传热系数尤。 （2）通过平壁的传热量
图
【答案】⑴
（2）
8． 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:
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