2018年哈尔滨工业大学威海校区820工程流体力学之传热学考研强化五套模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 结合非稳态导热分析解的形式，分析热扩散率在非稳态导热中的作用。
【答案】从分析解形式可见，物体的无量纲过余温度是傅里叶数的负指数函数，即表示在相同尺寸及换热条件下，热扩散率越大的物体到达指定温度所需的时间越短，这正说明热扩散率所代表的物理含义。
2． 如何理解对流换热过程强弱及对流换热量大小的说法？
【答案】对流换热过程强弱是指传热系数的大小，对流换热的强化与削弱一般从增大或减小传热系数入手。而对流换热量不仅与传热系数有关，还与传热面积、传热温差有关。因此，对流换热量大，对流换热过程不一定强。
3． 非稳态导热物体可以用集总参数法分析的条件是什么？
【答案】导热物体内部导热热阻忽略不计，即任一时刻物体内温度相同。实用判别条件为
：
或
（M 是与物体几何形状有关的无量纲数）
4． 等温面与等温线的特点？
【答案】（1）温度不同的等温面或等温线彼此不能相交；
（2）在连续的温度场中，等温面或等温线不会中断，它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线），或者就终止于物体的边界上；
（3）等温面或等温线的分布并不一定均匀。
5． 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。
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。
7． 对于流体外掠平板的流动，试利用数量级分析的方法，说明边界层内垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。
【答案】
设流体的来流速度为
在边界层内
的变化范围为
的变化范围为
根据连续方程有
平板的长度为
边界层厚度为
由边界层理论知
的变化范围为
利用量级分析有：
的变化范围为
即
所以
垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。
8． 从传热角度解释冬天室内散热器应该放置的合理位置。
【答案】冬天室内散热器应放置在相对较低的位置，这种情况下，散热器周围空气形成自然对流，被加热的空气密度减小向上浮升，从而整个房间的空气都被加热；散热器尽量放置在靠近外墙、外窗处，这样室外冷空气进入室内后即被散热器加热，保证流过室内的空气为热空气，不至使人产生吹冷风的感觉。
二、计算题
9． 进口温度为的流体流壁温为比定压热容为换热量为:
【答案】
设流体出口温度为U ,
平行平板通道截面宽度为W ,
两板间距为
周边长度为
常数的平行平板通道，通道长为L ，流体质量流量为M ，
设流体与平板间的表面传热系数h 为常数，试证明流经该通道后流体与平板间的
。由热平衡方程式可得:
由题意知:
常数
从0〜L 积分得:
故
若两板间距5很小，取通道宽度W=lm，则U=2，命题得证。
10．某种火警报警器的有效部位是一个半径为r 的金属球，其熔化温度为
比热为
的温度为25℃, 当突然受到温度为
），导热系数为
，
其密度为
:）。正常状态下金属球
若考虑到金属球升
的烟气加热后，为保证在20秒内发出警报，问金属
球的半径应为多少？设烟气与球表面间的对流换热系数为稍增大些还是应减少些？为什么？
【答案】对于球体，
假设
温后其辐射散热会增加（四周墙壁温度低于烟气温度），为保证仍在20秒内发出警报，其半径应
成立，可用集总参数法计算:
又因此有:校核:
在20秒内发出警报，金属球半径应该稍减少些。
由题意知，有
则金属球的能量平衡方程为:
11．水以温度
的流量在内径试求水被冷却到
的管内流动，管子内壁面的温度保持时的管子长度。
计算公式：管内层流流动换热管内紊流流动换热：管外流动：【答案】定性温度：查处相关物性。代入紊流公式，得：
为紊流。
，则
成立。
,
如果考虑金属球升温后辐射散热增强，那么金属球单位时间内净得的热量会降低，为了保证
水的进口
给出水的物性量为：