2017年中国科学技术大学研究生院科学岛分院833热工基础之传热学考研导师圈点必考题汇编
● 摘要
一、简答题
1． 速度边界层的概念及如何定义边界层厚度。
【答案】这种在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为速度边界层（或流动边界层）。通常规定达到主流速度的99%处的距离定义为边界层厚度，记为
2． 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。
3． 写出傅里叶导热定律表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。 【答案】体本领的大小；。其中是热流密度矢量；是导热系数，它表示物质导热是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向是空间某点的温度梯度；
温度升高的方向，号表示热量沿温度降低的方向传递。
4． 水和同温空气冷却物体，为什么水的表面传热系数比空气大得多？
【答案】（1）水的导热系数比同温度下空气的导热系数大20多倍，其以导热方式传递热量的能力比空气强；
（2）水的比热容比空气的比热容大得多，
常温下水的
而空气的
两者相差悬殊，水以热对流方式转移热量的能力比空气大得多，因此水的表
面传热系数比空气大得多。
5． 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。
6． 试说明“无限大”平板的物理概念，并举出一两个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题。
【答案】（1）所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度尺寸，从边缘交换的热量可
第 2 页，共 63 页 的双曲正切成正比，而双曲正切是单调增加函数，所
以忽略不计，当平板两侧温度均匀时，热量垂直于板面方向流动。
（2）薄板两侧均匀加热或冷却，以及炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。
7． 简述温室效应是怎么回事？
【答案】（1）对于普通玻璃、塑料薄膜、非对称的双原子气体及多元子气体等介质，可以透射可见光，但可以阻隔红外线。
（2）当可见光透射过这些介质后，被这些介质包围的固体吸收；
（3）另一方面，固体的温度相对较低，发出的辐射能绝大部分是红外线。
（4）红外线无法透过这些介质，使得被这些介质包围的固体的温度升高。这就是温室效应。
8． 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性？
【答案】要改善热电偶的温度响应特性，则
（1）需最大限度降低热电偶的时间常数；（2）形状上要降低体面比；（3）要选择热容小的材料；（4）要强化热电偶表面的对流换热。
9． 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。
10．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，或者就终止于物体的边界上； 线）
（3）等温面或等温线的分布并不一定均匀。
二、计算题
11．一初始温度为的固体，被置于室温为的房间中。物体表面的发射率为表面与空气间的表面传热系数为h 。物体的体积为V ，参与换热的面积为A ，比热容和密度分别为c 及
热阻可略而不计，试列出物体温度随时间变化的微分方程式。
【答案】该物体在冷却或加热过程中，与周围流体间存在对流换热，与周围环境间存在辐射换热。设环境温度与流体温度相等，则单位时间内对流换热量分别表示为：
第 3 页，共 63 页 物体的内辐射换热量和内能增量可
由热平衡方程：
注意：当物体被冷却时，
但故
代入热平衡方程，得：
初始条件： 但故当物体被加热时，
这就是热平衡方程等式左边加上“﹣”的原因。
12．外径为60mm ，表面温度为200℃的蒸汽管道，外绝缘层为边长100mm 的正方形截面，绝热材料导热系数为绝热层外表面温度为50℃。试计算每米长管道的热损失。若用同样多的材料做成圆形截面，热损失又是多少？
【答案】绝热层为正方形时，该导热过程的形状因子：
单位管长散热损失：
若用同样多的绝热材料做成圆形截面，则：
13．用常功率平面热源法对材料的导热系数进行测定，所测试件可被视为一半无限大物体。平面热源的功率为
的导热系数。
【答案】该题目为第二类边界条件下的半无限大物体的非稳态导热问题。由题意可得：
如试件初始温度为15℃，通电加热后，经过300s 试件与平面热源接触表面处温度测得为20℃，经过360s ，测得距平面热源0.015m 处试件的温度为16.673℃。试求该材料
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