2017年南京理工大学能源与动力工程学院835传热学考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 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。
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． 为什么Pr>l的流体
，
【答案】Pr>l，说明流体传递动量的能力大于传递热量的能力，因此
以证明这一点。由动量积分方程得：
4． 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
5． 冰箱长期使用后外壳上易结露，这表明其隔热材料性能下降。
你知道其道理吗？（提示:冰箱隔热材料用氟利昂发泡，长期使用后氟利昂会逸出，代之以空气）
【答案】冰箱隔热材料为用氟利昂作发泡剂的聚氨脂泡沫塑料，其导热系数要比一般保温材料小。由于孔中氟利昂气体导热系数较低，随着使用时间的延长，气孔中氟利昂逐步逸出，环境中的空气取而代之。由于空气的导热系数是氟利昂的
致使冰箱保冷性能下降。
倍，进入空气的隔热材料导热系数增大，所以，Pr>l时， 由积分方程解也可
6． 饱和水在水平加热表面上沸腾（壁面温度可控）时，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是否也增加？为什么？
【答案】在自然对流区和核态沸腾区，随着壁面过热度
热系数是增加的，因随
增加。 当进一步提高
再提高时，进入过渡沸腾区。这时，由于的增加，在加热表面上形成一层汽膜，汽膜的导热系数较小，热阻增加，致使沸腾换热表面传热系数下降。 进入稳定膜态沸腾区，加热表面上形成稳定的汽膜层。这时汽化只能在汽-液交界面上进行。汽化所需热量靠导热、对流、辐射通过汽膜传递。因这时壁温很高，辐射热量急剧增加，沸腾换热表面传热系数又随的増加而增加。
7． 从泡态沸腾机理分析，为什么大容器核态沸腾时，沸腾液体具有一定的过热度？
【答案】气泡处于既不长大，又不缩小的平衡状态时，必须满足的力平衡条件和热平衡条件分别为:
当忽略液柱静压差时，
由热平衡条件可知，
与
对应的饱和温度为令与
对应的蒸气饱和温度为
由于可以看出，沸腾液体总是具有一定的过的增加，沸腾换热表面传的増加产生汽泡的核心数增加，汽泡对流体的扰动剧增，表面传热系数
热度
8． 在对流换热的理论分析中，边界层理论有何重要意义？
【答案】边界层理论的主要意义在于，利用边界层的特征采用数量级分析法来简化对流换热微分方程组，使其变成更容易求解的形式，从理论上寻找出便利于求解h 的途径。
二、计算题
9． 为测定管道内蒸汽的温度，在管道壁安装了套管温度计，套管直径为20mm ，长70mm ，壁厚2mm ，套管材料导热系数为
表面传热系数为蒸汽管道壁温为50℃，蒸汽与套管间的对流换热若温度计指示温度为155℃，试确定蒸汽的真实温度。
温度计套管与周围环境之间存在着3种方式【答案】套管温度计可视为一个空心等截面直肋，由于温度计的感温泡与套管顶部直接接触，可以认为温度计的读数就是套管顶端的壁面温度
的热量传递：①通过套管壁从端部向基部的导热；②与蒸汽之间的对流换热；③与蒸汽管内壁面之间的辐射换热。稳态时，对流换热获得的热量应等于导热量和辐射换热量。因此，套管端部温度必然低于蒸汽温度，这就是存在测温误差的原因。
10．用温度计测量管内高温空气的温度。如图所示，温度计示数为际温度为则三者的相对大小如何？（按管内壁温度为两种情况说明。）
而空气实
图
【答案】若贝
J 即测的温度偏高；若则即测的温度偏低。
11．图为一扇形区域中的二维、稳态、无内热源的导热问题，
其一侧平直表面维持均匀恒定温度
的表面绝热，其余表面与温度为的环境换热，表面传热系数为，为用数值法确定区
和划分计算区域，节点布置如图所示。假定域中的温度分布，在径向和周向分别用定步长（不要求整理）
区域的物性参数已知且为常数，试用热平衡法建立节点1和7的离散方程（有限差分方程式）。
图
【答案】节点1和7所代表单元的热平衡式依次为：
节点1:
节点7:
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