2018年上海市培养单位上海应用物理研究所814热工基础之传热学考研基础五套测试题
● 摘要
一、简答题
1． 如何将从实验室得到的实验结果应用于工程实际？
【答案】由相似第二定理可知，相似的两个物理现象具有完全相同的准则函数关系，由根据相似第一定理可知，两个相似的物理现象对应点上的同名准则数相等，所以，如果两个同类物理现象相似，则它们具有完全相一样的准则关系式，所以从实验室得到的实验结果完全可以应用于工程实际。
2． 图中是强化相变（凝结、沸腾）传热管示意图，试分析哪一种是凝结传热管，哪一种是沸腾传热管，为什么？
图 凝结（沸腾）传热管
【答案】图（a ）为凝结传热管。利用在表面张力的作用下，尖峰能够减薄液膜的原理，凝结
液会向尖峰中间的凹槽聚集，从而使尖峰处的液膜很薄，同时凹槽的结构有利于迅速排除凝结液。
图（b ）为沸腾传热管。传热管表面形成的众多孔隙结构，最容易产生汽化核心，有利于气泡的形成和发展，进而强化沸腾换热。
3． 如何强化膜状凝结换热，试举出一个强化水平管外凝结换热的例子。
【答案】强化膜状凝结换热基本原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜厚度；实现方法:用各种带尖峰的表面使在其上冷凝的液膜减薄，以及使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。如利用沟槽管，使液流在下排过程中分段排泄。
4． 简要画出大空间沸腾换热的沸腾曲线，简述大空间沸腾换热的主要过程与机理。
【答案】如图所示。
水在1个大气压下大空间沸腾换热的沸腾曲线如图所示。随着壁面过热度的増高，出现4个换热规律不同的区域。
（1）自然对流沸腾:沸腾温差很小，壁面上只有少量气泡产生，而且气泡不能脱离壁和上浮，看不到沸腾的现象，热量依靠自然对流过程传递到主体。
（2）泡态沸腾:B 点后开始产生大量气泡。气泡在壁上生成、长大，随后因浮力作用而离开
壁。由于气泡大量迅速的生成和它的激烈运动，换热强度剧增，热流密度急剧增大，直到达到热流密度的峰值。
（3）过渡态:C 点后，生成的气泡过多，在加热面上形成气膜，开始时是不稳定的，气膜会突然裂开变成大气泡离开壁，阻碍了传热，换热状况恶化。
（4）膜态沸腾:壁面全部被一层稳定的气膜所覆盖，气化只能在气膜与液的交界面上进行，气化所需要的热量靠导热、对流、辐射通过气膜传递。此时壁温很高，辐射换热随热力学温度4次方急剧增加，D 点后热流密度又继续回升。
图 大空间沸腾换热的沸腾曲线
5． 两滴完全相同的水珠分别落在120℃和400℃的铁板上，哪一滴先汽化掉，说明原因。
【答案】落在120℃铁板上的水珠先汽化。因为120℃铁板上的水珠在核态沸腾区换热强，400℃铁板上的水珠位于稳定膜态沸腾，热量要经过热阻较大的气膜，换热系数非常小。
6． 当把盛有稀饭的碗放在水盆中冷却时，搅动稀饭和搅动水盆中的水，两种情况下稀饭冷却的速度一样吗？为什么？
【答案】不一样。搅动稀饭冷却速度快（1分）。因为稀饭与水间的传热过程，稀饭侧热阻为主要热阻，要强化换热应首先从稀饭侧入手。而搅动稀饭时稀饭内部形成强制对流，并且各时刻稀饭内的温度基本相同，加大了稀饭外界间的传热湿差，冷却速度快。
7． 从传热角度解释冬天室内散热器应该放置的合理位置。
【答案】冬天室内散热器应放置在相对较低的位置，这种情况下，散热器周围空气形成自然对流，被加热的空气密度减小向上浮升，从而整个房间的空气都被加热；散热器尽量放置在靠近外墙、外窗处，这样室外冷空气进入室内后即被散热器加热，保证流过室内的空气为热空气，不至使人产生吹冷风的感觉。
8． 试定性分析下列问题：
（1）夏季与冬季顶棚内壁的表面传热系数是否一样？
（2）夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数是否相同？
（3）普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是否有影响？
（4）从传热的观点看，为什么散热器一般都放在窗户的下面？
（5）相同流速或者相同的流量情况下，大管与小管（管内或管外）的表面传热系数会有什么变化？
【答案】（1）不一样。因为空气是热气流向上运动，而冷气流向下运动，对于夏季，顶棚内壁温高于室内空气温度，因此夏季顶棚内壁处空气被加热而处于停滞状态；对于冬季，顶棚内壁温低于室内空气温度，冬季顶棚内壁处空气被冷却可向下运动，从而形成较强的自然对流。所以，冬季顶棚内壁的表面换热系数远高于夏季。
（2）—般不相同，因为虽然夏季和冬季房屋外墙外表面的温度均高于室外空气温度，自然对流的规律相似，但表面传热系数是否相同还取决于房屋外表面与室外空气温度之差等因素，此外，夏冬两季室外风速也不相同，对表面传热系数的影响不同。
（3）有影响。因为空气在翅片间流动，起始段表面传热系数较高，稳定段相差不大。因此，起始段相同时，矮翅片的平均表面传热系数高于高翅片的平均表面传热系数。
（4）因为窗户一般为玻璃，其导热系数远高于其他围护结构，导致在冬季其内表面温度较低，当其低于室内空气的露点温度时，易在窗玻璃的内表面结露。如果把散热器放在窗户的下面，由于室内空气通过散热器后的空气温度较高，可提高窗玻璃内表面的温度，从而有效防止结露的发生。
（5）在相同流速或者相同的流量情况下，对于管内或管外流动，小管的表面传热系数高于大管，且相同流量时影响更大。以管内流动为例，按迪图斯-贝尔特公式，相同流速时，表面传热系数与成正比；相同流量时，表面传热系数与成正比。
9． 有人认为，当非稳态导热过程经历时间很长时，采用诺谟图计算所得的结果是错误的。其理由是：诺谟图表明，物体中各点的过余温度的比值仅与几何位置及
看法？请说明其理由。
【答案】这种看法不正确，因为随着时间的推移，虽然物体中各点过余温度的比值不变，但各点温度的绝对值在无限接近。这与物体中各点温度趋近流体温度的事实并不矛盾。
10．在什么条件下物体表面的发射率等于它的吸收率？在什么情况下？当
否意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律？
【答案】（1）对于漫-灰表面（2）当
式为
反之则 时，并不意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律，因为基尔霍夫定律的基本表达
有关，而与时间无关。但当时间趋于无限大时，物体中各点的温度应趋近流体温度，所以两者是有矛盾的。你是否同意这种时，是
二、计算题
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