2017年广东省培养单位广州能源研究所814热工基础考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 管内受迫对流换热时，对于横管和竖管中流体被加热和被冷却，自然对流的影响各有什么不同？什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响？
【答案】（1）对于横管，流体不管被冷却还是被加热，都将有利于换热。因为当横管中流体被冷却时，由于管心温度高于管壁，将形成管心向上而沿管壁向下的垂直于受迫流动方向的环流；而当横管中流体被加热时，由于管心温度低于管壁，将形成由管心向下而沿管壁向上的垂直于受迫流动方向的环流；由于都形成了环流，加强了边界层的扰动，所以都将有利于换热。
对于竖管，当流体向上流动时，如果流体被冷却，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反，这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热；如果流体被加热，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热。当流体向下流动时，则自然对流对换热的影响与流体向上流动正好相反。如流体被冷却，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热；如果流体被加热，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反。这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热。
（2）至于什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响，可通过惯性力和浮升力数量级的对比进行判断，一般，当
2． 量微分方程时，就应考虑自然对流的影响。 与固体导热微分方程两者有何区别？什么情况下能量微分方程可转化为固体导热微分方程？
【答案】（1）区别：①能量微分方程是在流场中取微元体根据能量守恒定律推导得出，固体导热微分方程式是在固体中取微元体根据能量守恒定律推导得出。②前者考虑了热对流过程、导热过程和作用在微元体上的外力对微元体内流体所做的净功，后者仅考虑了导热过程。
（2）当流体静止时，u=0，v=0，此时：
能量微分方程转化为固体导热微分方程。
3． 何谓肋片效率？采用加装肋片来强化换热，对肋片的选材、肋片的形状和肋片效率有何要求？
【答案】肋片效率为肋片的实际散热量与假设整个肋片温度都与肋根温度相同时的理想散热量之比。肋片效率的主要影响因素有:
（1）肋片材料的热导率:热导率愈大，肋片效率愈高；
（2）肋片高度:肋片愈高，肋片效率愈低；
（3）肋片厚度:肋片愈厚，肋片效率愈高；
表面传热系数:表面传热系数愈大，肋片效率愈低。
4． 掠平壁层流边界层内，为什么存在壁面法线方向（y 向）的速度v?
【答案】y 向的速度v 是由于边界层不断増厚，所排挤掉的流体产生的速度。
5． 不同温度的等温面（线）不能相交，热流线能相交吗? 热流线为什么与等温线垂直？
【答案】（1）热流线也不能相交。这是因为与热流线垂直方向没有热流分量。
（2）热流线与等温线垂直的原因是因为如热流线不垂直于等温线，则等温线上必有一热流分量。而等温线上无温差，q=0, 只有热流线垂直于等温线才能使等温线上的分热流为零。
6． 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
面传热系数比空气大得多。
7． 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）
8． 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。
9． 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。
10．叙述理论求解表面传热系数的基本途径。
【答案】对于常物性流体的对流换热问题，温度场与速度场可分别独立求解，属于非耦合问题。理论分析求解表面传热系数的基本途径是：
（1）由连续性方程和动量微分方程结合定解条件求出速度场；
（2）已知速度场后，由能量方程结合定解条件求出温度场；
（3）由对流换热过程微分方程式求出局部表面传热系数；
（4）由积分方式求出平均表面传热系数。
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，因此水的表的双曲正切成正比，而双曲正切是单调增加函数，所
如物性随温度变化，温度场与速度场必须联立求解，属于耦合问题。
二、计算题
11．用初温35℃的冷却水冷却流量为1.82kg/s、初温为150℃的热油，要求把油冷却到85℃，而冷却水则加热到80℃, 流体的总流向为逆流。设油的平均比热容为
换热器的总换热系数为
（1）换热量。
（2）水的流量。
（3）换热器的换热面积。
【答案】⑴
（2）则:
（3
）则:
12．试利用热平衡法导出二维稳态导热：
（1）对流边界外部拐角节点方程式（图a ）;
（2）对流边界内部拐角节点方程式（图b ）。
试确定: 水的平均比热容为
图 拐角节点示意图
（a ）外部拐角；（b ）内部拐角
【答案】（1）针对对流边界外部拐角节点（i ，j ）建立热平衡关系式，得
当网格均分，即时，有：
当边界绝热时，即h=0，则节点方程简化为：
（2）针对对流边界内部拐角节点（i ，j ）建立热平衡关系式，得
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