2017年同济大学传热学与工程热力学综合之传热学复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、简答题
1． 传热学中通常把“管内流动”称为内部流动，将“外掠平板”、“外掠圆管”称为外部流动，试说明它们的流动机制有什么差别。这些对流换热问题的数学描述有什么不同？
【答案】（1）它们的流动机制的差别在于管内流动，其流体的发展受到管内空间的限制；而外掠平板或外掠圆管，其流体的发展不受外界的限制。
（2）这两类对流换热问题的数学描述的不同之处在于：①定型尺寸不同，如管内流动，定型尺寸选用管内径，而外掠平板，定型尺寸选用板长，外掠圆管定型尺寸选用管外径；②由于内流动受到流动空间的限制，除流动入口段以外，边界层理论不适用于流动充分发展段，因此不能采用数量级分析的方法简化对流换热微分方程组；③边界条件的描述也不相同，内流问题应考虑流动与换热的对称性。
2． 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。
3． 何谓肋片效率？采用加装肋片来强化换热，对肋片的选材、肋片的形状和肋片效率有何要求？
【答案】肋片效率为肋片的实际散热量与假设整个肋片温度都与肋根温度相同时的理想散热量之比。肋片效率的主要影响因素有:
（1）肋片材料的热导率:热导率愈大，肋片效率愈高； （2）肋片高度:肋片愈高，肋片效率愈低； （3）肋片厚度:肋片愈厚，肋片效率愈高； 表面传热系数:表面传热系数愈大，肋片效率愈低。
4． 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。
5． 试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。
【答案】（1）基本思想：把在时间、空间上连续的温度场用有限个离散点温度的集合来代替，通过求解按一定方法建立起来的关于这些点温度值的代数方程，获得各离散点上的温度值。
（2）步骤：①按所求问题的几何形状、求解精度和稳定性条件划分差分网络；②按物理条件
和边界条件建立各节点差分方程，构成差分代数方程组；③求解。
6． 什么是热边界层？能量方程在热边界层中得到简化所必须满足的条件是什么？这样的简化有何好处？
【答案】流体流过壁面时流体温度发生显著变化的一个薄层。能量方程得以在边界层中简化，必须存在足够大的贝克莱数，即
也就是具有
的数量级，此时扩散项
才
能够被忽略。从而使能量微分方程变为抛物型偏微分方程，成为可求解的形式。
二、计算题
7． 有一台套管式换热器，在下列条件下运行，传热系数保持不变:冷流体质量流量为0.125kg/S，比定压热容为定压热容为2100J/
【答案】（1）（2）
入口温度40℃，出口温度95℃。热流体质量流量仍为0.125kg/s, 比入口温度210℃。试求:（1）最大可能传热量；（2）效能；（3）为减
少面积，换热器应按逆流还是顺流方式运行，这2种方式下传热面积之比为多少？
（3）由于逆流具有最大的对数平均温差，因此换热器应按逆流方式运行。
8． 为测量某种材料的导热系数随温度的变化规律，取厚度为50mm 的无限大平壁试样，稳态时测得：材料两侧的温度分别为100℃和20℃，中心面的温度为50℃，热流密度为定该材料导热系数随温度的关系
中的常数
和b 。
【答案】稳态且当导热系数随温度的变化规律已知时，可得：
解两式得：
试确
9． 如图所示，为了得到热水，导热系数为
附注：
（1）管内湍流强制对流换热实验关联式为：冷却
（
）。
2
）
60
℃
时
的水蒸气在管外凝结，其表面传热系数
冷却水在盘管内流动，流速为0.8m/s，黄铜管外径为18mm ，壁厚为1.5mm ，
盘管的弯曲半径为90mm 。冷水进换热器时的温度为25℃，加热到
95℃。试求所需的换热面积及盘管长度。不计管内入口效应修正及温差修正。
（流体被加热
水
的
物
性
流体被
：
（3）弯管修正系数：
图
【答案】（1）求管内表面传热系数。 定性温度：查物性可知
，则
为揣流。因此有：
（2）传热量：
（3）对数平均温差：（4）传热系数：