2017年哈尔滨工业大学航天学院820工程流体力学考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 分析双层保温杯中从热水到外界环境的传热过程，并提出提高保温性能的措施或途径。
【答案】（1）传热过程:内部水通过向对流换热传热给内层内壁，而后通过导热传给内层外壁，内层外壁通过对流换热及辐射换热传热给外层内壁，内壁通过导热传热给外层外壁，外壁通过自然对流换热与外界空气交换热量。
（2）措施:内、外层间抽真空，内层外壁及外层内壁作表面处理，减小表面发射率，内、外层间加层，相当于加遮热板。
2． 太阳与地球之间存在着广阔的真空地带，它是怎样把能量传到地球上的？
【答案】太阳通过热辐射把能量传递到地球上。从福射的本质和特点可知，热辐射可以通过真空自由地传播而不需要任何中间介质，因此辐射换热并不需要两物体直接接触。
3． 在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s 。从传热学角度，你认为此值可信吗？
【答案】
根据时间常数定义
在一定条件下
可以认为是常数，但表面传热
系数h 却是与测温元件与被测物的换热条件有关。因此，对该说明书上表明的时间常数值要进行具体分析，不能盲目相信。
4． 推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似，为什么前者得到的是精确描写，而由后者解出的却是近似解？
【答案】差分方程与微分方程的主要区别是前者用有限小量代替了后者的无限小量，前者用各离散点参数代替了后者的连续参数。实际上物体中的物理参数是时间和空间的连续函数，所以，微分方程是精确解，而差分方程是近似解。
5． 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。
6． 什么是非稳态导热问题的乘积解法，该解法使用条件是什么？
【答案】（1）对于二维或三维非稳态导热问题的解等于对应几个一维问题解的乘积，其解的形式是无量纲过余温度，这就是非稳态导热问题的乘积解法。
（2）非稳态导热问题的乘积解法使用条件是恒温介质，第三类边界条件或边界温度为定值、初始温度为常数。
7． 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。
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． 什么叫非稳态导热的正规状况阶段？这一阶段有什么特点？
【答案】（1）非稳态导热的正规状况阶段是指非稳态导热过程进行到一定程度，初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍随时间变化，但各点过余温度的比值已与时间无关，亦即无量纲过余温度分布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充分发展阶段。
（2）非稳态导热正规状况阶段的特点：这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。
10．迪图斯-贝尔特公式采用什么方式来修正不均匀物性场对换热的影响？请分析修正方法的合理性。
【答案】（1）迪图斯坝尔特公式的两个表达式为：
式中，用
n=0.4；n=0.3。 来修正不均匀物性场对换热的影响。当加热流体时，当冷却流体时，
（2）修正方法的合理性：显然，加热液体时由于壁面附近液体黏性降低，边界层内速度分布 变得平缓，速度梯度增大；同理温度梯度也增大，h 増大，n 取0.4是合理的，符合h 增大的特征。
二、计算题
11．冷藏箱壁由两层铝板中间夹一层厚100mm 的矿棉组成，内外壁面的温度分别为—5℃和25℃，矿棉的导热系数为损失増加多少？
【答案】（1）由热阻分析，两层铝板热阻可以忽略不计，干燥时冷损失为：
（2）假设环境温度30℃，相对湿度70%，对应露点温度燥层厚
此条件下的热损失为：
即
即
即
由
解得：
该损失是原散热量
的4.03倍。所以，保温材料需采取防潮、防水措施。
结冰厚
含水层厚
干
求散冷损失的热流密度q 。大气水分渗透使矿棉变湿，且
和
问冷藏箱的冷
内层结冰。设含水层和结冰层的导热系数分别为
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