2017年广东省培养单位广州能源研究所814热工基础考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 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。
2． 随着肋片的高度增加，换热器的体积、质量和成本增加，换热量也在増加，考虑上述因素应如何确定肋片高度? 如果不考虑经济性，肋片是否越高越好？
【答案】（1）不同材料的体积、质量和成本不一样，不同场合和用途对体积、质量和成本的重视程度也不一样。所以肋片高度的确定标准也不一样。就体积因素而言，对于等截面直肋，耗材设:，则:
（体积不变的情况下）
令
整理得:
解此超越方程:
即
mH 是一个无量纲参数，该值表示H 与m 间的制约关系。不同材料，不同截面形状，不同换热条件，m 不同，所以H 也不相同。
（2）不考虑经济因素时，肋片也并非越高越好。因为肋片散热量与mH 的双曲正切成正比，而双曲正切是以1为极值的单调増加函数，mH=l.5时其值已超过0.9。
3． 根据对导热系数主要影响因素的分析，试说明在选择和安装保温隔热材料时要注意哪些问题。
【答案】（1）根据工作温度选择适合的保温材料；
第 2 页，共 67 页 温度分布与速度分
（2）进行保温计算时应考虑温度对保温材料导热系数的影响；
（3）选择导热系数小的材料，其密度在最佳密度附近，使其具有最佳保温性能；
（4）保温材料的保温性能受水分影响很大，必须采取防水措施；
（5）采用各向异性材料时要注意导热方向对导热系数的影响。
4． 热量、热流量与热流密度有何联系与区别？
【答案】（1）①热量Q ，其单位为J （kJ ）; ②热流量
传递的热量，又称传热速率；③热流密度q ，其单位为
积所传递的热量。
（2）如记为传热时间，则三者间有如下的关系:
式中，A 为传热面积，
5． 怎样计算流体在粗糙管中流动时的表面传热系数？粗糙管内的层流流动换热是否能采用光滑管公式计算？为什么？
【答案】（1）流体力学对粗糙管壁内的流动进行了大量的实验研究，积累了大量的摩擦系数实验数据。因此，粗糙管内的换热计算可以采用类比公式，即来进行计算。当缺乏阻
且 力数据，不能采用类比公式进行换热计算，且无实验获得的粗糙管内准则关联式时，可采用光滑管实验关联式进行换热计算。但关联式计算结果必须乘以粗糙管壁修正系数（2）粗糙管内的层流流动换热能采用光滑管公式计算。
（3）粗糙管内的层流流动换热能采用光滑管公式计算的原因是因为当粗糙管内的流态为层流时，由于糙粒高度被边界层所覆盖，其强化传热的作用已消失，故可采用光滑管公式进行计算，结果勿需修正。
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。
7． 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
第 3 页，共 67 页 其单位为W （kW ）, 是单位时间内q 是单位时间内通过单位面的双曲正切成正比，而双曲正切是单调增加函数，所
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。
8． 钢铁表面约500℃, 表面看上去为暗红色；当表面约1200℃时，看上去变为黄色，这是为什么？
【答案】根据普朗克定律所揭示的关系，随着温度的升高，辐射能量中可见光所占份额相应增加所至。
9． 冬天，房顶上结霜的房屋保暖性能好，还是不结霜的好？
【答案】（1）同样的室温条件下，房顶上结霜的房屋保暖性能好。
（2）原因是结霜屋顶的热阻更大，使得其外表面温度较低，因而保暖性能好。
10．努谢尔特在建立竖壁层流膜状凝结换热模型时做了许多假设，在实际的膜状凝结过程中，由于不满足这些假设因素会对凝结过程带来哪些影响？
【答案】（1）如果有不凝结性气体存在，该气体因不凝结而聚集在冷凝面附近，使蒸气必须通过扩散才能到达冷凝面，从而使凝结换热性能大大降低。
（2）蒸气的流动，流动如果沿冷凝液流动方向，会使冷凝液膜变薄，从而增强换热，反之则削弱换热。逆方向高速流动的气流会吹落冷凝液膜，又使得换热增强。
（3）蒸气的过热和冷凝液膜的过冷也会影响凝结换热。实验证实，这项影响相对较小。
（4）在惯性力的作用下冷凝液膜的流动会使层流变为紊流，也会对凝结换热产生较大影响。
二、计算题
11．某换热通道截面如图1所示，其中外侧正方形的边长为内侧正方形的边长为物性为常数且过程处于稳定状态，通道内部表面温度保持不变，根据换热的对称性，通道外部边界处于恒壁温，有人分别用不锈钢和铜作为该导热体的材料进行实验测定，认为无论图中所示阴影部分
，的导热体有无内热源其上述两种材料组成的换热通道截面的温度分布均不一样。该说法成立吗？
为什么？
图1 换热通道导热
【答案】判断物体中的温度分布是否一样，关键在于判断物体中的导热微分方程和边界条件是否一样。根据该模型的对称性，选取导热体的1/4模型作为研宄对象进行分析，其物理模型示意如图2所示。
（1）当导热体内部无内热源时，即结合题意，导热微分方程可以进行如下简化：
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