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一、简答题

1． 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。

2． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就被烧坏。试用传热学的观点分析这一现象。

【答案】用错制的水壶烧开水时，由于壶内水与壶内表面之间的对流换热系数远远大于壶外空气与壶外表面间的对流换热系数，根据传热过程的特点，水壶的温度近似等于壶内水的温度，而壶内水的温度不超过100℃，因此水壶不会被烧坏；而一旦壶内的水烧干后，壶内壁面与空气发生自然对流传热，表面传热系数较小，此时水壶壁面温度接近于火焰的温度，而火焰的温度非常高，高于铝的温度极限，水壶很快就被烧坏。

3． 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。

4． 灰体表面的有效辐射和本身辐射哪一个大些？

【答案】灰体表面的有效辐射大些。

，因

，则

。

5． 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。

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的双曲正切成正比，而双曲正切是单调增加函数，所

6． 为什么珠状凝结的表面传热系数比膜状凝结的高？

【答案】由于珠状凝结时表面不易形成凝结液膜，相比膜状凝结没有液体膜层热阻，蒸气直接与冷壁面接触，因而表面传热系数高。

二、计算题

7． 在1所示的极坐标系中画出黑体的定向黑度随空间的变化规律。

图1

【答案】黑体的定向黑度随空间的变化规律如图2所示。

图2

8． 某一大型水箱的外壳依次由钢板、聚乙烯泡沫塑料和铁皮构成，其中钢板厚度热系数热系数

聚乙烯泡沫塑料板水箱内侧水温

水箱外侧空气温度

铁皮

水箱外侧与空气之间的表面传热系数

导导

水箱内水与内壁面

之间对流换热的表面传热系数

求水箱表面单位面积热损失。

【答案】本题为第三类边界条件下的三层平壁换热问题，

现计算各部分单位面积热阻

水箱内侧对流换热热阻为

：钢板导热热阻为：

聚乙烯泡沫塑料板的导热热阻为：铁皮板的导热热阻为：外侧空气对流换热热阻为

：

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则，水箱表面单位面积热损失为：

9． 直径为

单位长度电阻为R 、发射率为的金属棒，初始时与温度为

的环境处于热平衡

状态，后通过电流

【答案】

已知棒与环境的表面传热系数为。试导出通电流期间金属棒温度随时间变

化的规律，并写出处于新的热平衡状态的条件。（不用求解）

10．体温计的水银泡长lcm ，直径为7mm 。体温计自酒精溶液中取出时，由于酒精蒸发，体温计水银泡维持18℃。护士将体温计插入病人口中，水银泡表面的当量表面传热系数

如果测温误差要求不超过0.2℃，求体温计插入病人口中后，至少要多长时间

才能将体温计从体温为40℃的病人口中取出。水银泡的当量物性值为

：

【答案】水银泡体积小，大，可以用集总参数法简化分析。

11．对导热系数分别为

的双层大平板中的一维稳态导热问题进行数值计算，交界面e 处的

试：

的形式（式中称为界面

网格单元划分如图所示。界面e 是单元P 与单元E 的交界面。在用热平衡法建立节点E 的有限差分方程时，需要用到单元P 与单元E 之间交界面e 的热流密度

（1）写出热流密度的表达式。

（2）通过将（1）中的热流密度％的表达式整理成，导出界面导热系数导热系数）

的表达式。

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