2017年清华大学时专业综合传热学复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、简答题
1． 为什么太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面，而辐射采暖板不需要做黑色？
【答案】（1）①太阳灶要求吸收太阳辐射的能量要多，而太阳辐射射线的能量主要位于短波范围，最佳的太阳灶受热面应是部分光谱全部吸收，
，黑色表面有利于吸
；②另一方面太阳灶要求本身辐射出去的能量要尽量少，而太阳灶本身收可见光（属于短波辐射）
辐射出去的能量因温度不是太高主要位于长波部分，粗糙表面能使长波辐射投射到自身而减少辐射热损失。
两方面综合，粗糙的黑色表面吸收太阳能最多，损失的长波辐射最少。把太阳灶的受热面做成粗糙的黑色表面能基本满足上述要求，因此，太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面。
（2）对于辐射采暖板，其表面温度不高，大部分福射射线的能量位于长波范围。此时，采用粗糙的黑色表面
，
由基尔霍夫定律
，
反而阻碍其散热，因此辐射采暖板不
需要做成黑色。
2． 在气温为10℃的房间内用细绳吊一段直径均匀的圆柱冰块，过一段时间后，冰块的形状会发生哪些变化？冰块会在绳上完全融化吗？
【答案】由题意知，该冰柱的融化过程相当于竖圆柱的自然对流换热。根据竖壁自然对流换热的机理，由于冰柱壁面温度低于周围空气温度，故流体贴壁向下流动，边界层上部薄而下部厚。局部对流换热系数上部较大而下部较小，因此，虽然冰柱整个会慢慢融化，但是上部融化较快，其形状会变得上部细、下部粗，不等在绳上全部融化完就会掉在地上。
3． 什么是“半无限大”物体？半无限大物体的非稳态导热存在正规状况阶段吗？
【答案】（1）所谓“半无限大”物体，是指平面一侧空间无限延伸的物体。
（2）因为物体向纵深无限延伸，初始温度的影响就远不会消除，所以半无限大物体的非稳态导热不存在正规状况阶段。
4． 由导热微分方程可见，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你说对吗？（提示：导热的完整数学描述为导热微分方程和定解条件）
【答案】上述观点不对。因为热扩散率中含有导热系数，而且导热问题的完整数学描述不仅包括控制方程，还包括定解条件，第二或第三类边界条件中都隐含着导热系数的影响。
5． 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。
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． 一直径为20mm 热流计探头，用以测定一微小表面积
温度
设计）。
探头与
是漫射表面，探头表面的吸收率可取为1。试确定
的辐射热流。该表面的面积为
。
的相互位置，如图所示。探头测得的热流为
的发射率（环境对探头的影响可忽略不
图
【答案】由能量平衡得:
（因为
是漫射表面）
代入求得
8． 换热面积
的逆流式换热器，使用初期能把热容量
的热流体从200
℃降低至140℃, 把冷流体从30℃加热至120℃。但该换热器运行两年后，在冷热流体进口温度不变的情况下，测得冷流体出口温度仅为90℃。
求:（1）该换热器的换热量降低了多少？ （2）该换热器壁面上产生的污垢热阻私为多少？ 【答案】（1）
运行两年后，流体出口温度变化，但仍满足热平衡:
产生污垢后换热量:
换热量降低量:
（2）运行初期的平均温度差:
产生污垢后平均温度差:
由
得
’传热系数的变化反映了污垢值的变化:
9． 一外径
的蒸汽管道，蒸汽温度为400℃。管道外包了一层厚0.065m 的材料A ，测得
的材料B 。测得材料B 的外表面温度为30℃，
其外表面温度为40℃，但材料A 的导热系数无数据可查。为了知道热损失情况，在材料A 外又包了一层厚0.02m ，导热系数
内表面温度为180℃。试推算未包材料B 时的热损失和材料A 的导热系数
【答案】蒸汽凝结传热热阻和金属壁导热热阻可以忽略，对于绝热材料B :