2018年北京建筑大学环境与能源工程学院821工程热力学之传热学考研核心题库
● 摘要
一、填空题
1． 纵掠平板强迫对流换热的能量方程为_____。 【答案】
2． 无量纲组合叫_____，它的物理意义是_____。
【答案】普朗特数；动量扩散能力与热量扩散能力的一种量度
3． 导温系数描述了物体_____的能力。
【答案】传播温度变化的能力
4． 角系数的性质有_____。
【答案】相对性、完整性、可加性
5． 方程是_____微分方程，式中的参数是_____。
【答案】二维、稳态、无内热源、不可压缩、常物性的对流传热能量守恒；热扩散率
6． 强制对流换热系数大小与流体的物性有关，影响它的流体物性有_____。 【答案】
【解析】分析流体物性对强制对流换热系数大小的影响，需要考查相适用的实验关联式。以管槽内湍流强制对流传热为例，Dittus-Boelter 公式为最普遍的关联式：
其中
，整理后可得：
。 由上式可知，影响强制对流换热系数大小的流体物性有：
7． 沸腾危机是_____。
8． 管槽内对流换热的入口效应是指_____。
【答案】入口段的热边界层较薄，局部表面传热系数比充分发展段高
第 2 页，共 57 页 【答案】核态沸腾区中热流密度的峰值点，被称为临界热流密度（俄文文献常称为沸腾危机）
9． 普朗克定律揭示了_____的单色辐射力按_____变化的分布规律。
【答案】黑体；波长
10．换热器效能的定义是_____，其物理意义是_____。 【答案】
【解析】换热器的效能；换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比 定义为:。式中，分母为流体在换热器中可能发生的最大温差值，而分子则为冷流体或热流体在换热器中的实际温度差值中的大者。
11．肋壁总效率的数学表达式为_____。 【答案】
肋效率
，其中，为两个肋片之间的根部表面积，为肋片的表面积，为
二、简答题
12．一台氟利昂冷凝器，氟利昂蒸气在光管外冷凝，冷却水在管内流动。为了强化这一传热过程，将管外改为低肋强化表面。后又采用管外与管内均有强化措施的双侧强化管，试分析其原因。
【答案】由于氟利昂蒸气导热系数和气化潜热很小，根据Nusselt 理论解，其凝结表面传热系数相对于管内对流换热系数要小很多，也就是氟利昂侧传热热阻大。采用低肋管后，可以将氟利昂侧凝结表面传热系数提高十多倍，这时管内传热热阻反而大于氟利昂侧热阻，因而管内也需要进行强化，从而使两侧热阻相当，才能收到更好的强化换热效果。
13．以任意位置两表面之间用角系数来计算辐射换热，这对物体表面做了哪些基本假设？
【答案】推导角系数的三条假设是:
（1）换热表面为非凹表面（排除表面自身辐射换热的情况）；
（2）换热表面为漫福射表面，即物体发射的定向辐射强度及反射的定向辐射强度与方向无关；
（3）物体表面的辐射物性均匀，即温度均匀，发射率及反射率均匀。
14．管内受迫对流换热时，对于横管和竖管中流体被加热和被冷却，自然对流的影响各有什么不同？什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响？
【答案】（1）对于横管，流体不管被冷却还是被加热，都将有利于换热。因为当横管中流体被冷却时，由于管心温度高于管壁，将形成管心向上而沿管壁向下的垂直于受迫流动方向的环流；而当横管中流体被加热时，由于管心温度低于管壁，将形成由管心向下而沿管壁向上的垂直于受迫流动方向的环流；由于都形成了环流，加强了边界层的扰动，所以都将有利于换热。
对于竖管，当流体向上流动时，如果流体被冷却，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反，这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换
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热；如果流体被加热，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热。当流体向下流动时，则自然对流对换热的影响与流体向上流动正好相反。如流体被冷却，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热；如果流体被加热，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反。这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热。
（2）至于什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响，可通过惯性力和浮升力数量级的对比进行判断，一般，当时，就应考虑自然对流的影响。
15．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。
16．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。
17．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。
18．为什么白天从远处看房屋的窗孔有黑洞洞的感觉？
【答案】因为房屋尺寸比窗口尺寸大得多，外界通过窗口投射到房屋的能量，经房屋内壁多次吸收和反射，再经窗口射出的能量就比较小了，所以白天从远处看房屋窗孔就有黑洞洞的感觉。如果窗口足够小，就是人工黑体模型。
19．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，要求空间网格第 4 页，共 57 页 和时间网格的选取