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一、简答题

1． 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。

2． 试述数和数的区别。

【答案】数中的为流体的导热系数，

为影响边界层厚度的几何尺寸。数反映靠近壁面流体层

数反映物体内部的导热热阻与外部的换热热阻之间的数中的为物体的导热系数，为固体壁（如壁厚等）的某一尺寸；的导热热阻与对流换热热阻的相对大小；

相对大小。

3． 采用套管式温度计测量流体温度时为什么会产生测温误差? 如何减小测温误差？

【答案】（1）产生测温误差主要有下列原因:①温度计的感温泡与套管顶部可能存在接触热阻和导热热阻；②套管顶端向根部导热；③套管外表面向流场壁面的辐射换热；④流体与套管外表面的对流换热热阻。稳态时，套管从流体获得的对流热流量正好等于套管向根部的导热和与壁面间的辐射换热量之和。

（2）减小测温误差的措施:①加强测温套管附近流场壁面的保温；②采用尽量长的测温套管；③选用导热系数小的材料做测温套管；④在强度允许的情况下，尽量采用薄壁套管；⑤尽量提高流体与套管的对流换热表面传热系数，并注意不使测温套管端部处于流动死角；⑥在不影响对流换热的条件下，在测温套管外安装遮热板以减少与流场壁间的辐射换热。

4． 简述气体辐射的特点。

【答案】气体辐射对波长有选择性；气体辐射和吸收是在整个容积中进行的。

5． 工程上采用加肋片来强化传热。何时一侧加肋? 何时两侧同时加肋？

【答案】（1）当传热壁一侧时，该侧加肋可强化传热；

（2）当传热壁两侧Bi 都小于0.1时，则两侧都可加肋。

加肋时应使壁面两侧表面传热热阻尽量相近，这样强化传热效果好。当壁面两侧均

一侧表面传热热阻显著大于另一侧表面传热热阻时，在热阻大的一侧加肋效果较好。

6． 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

但时，是

式为

7． 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。

8． 等温面与等温线的特点？

【答案】（1）温度不同的等温面或等温线彼此不能相交；

（2）在连续的温度场中，等温面或等温线不会中断，它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线），或者就终止于物体的边界上；

（3）等温面或等温线的分布并不一定均匀。

二、计算题

9． 一个球形人工黑腔如图1所示，人工黑腔外部表面采用良好的保温材料使得对环境的散热很小，以致可以忽略。已知空腔内表面半径为R ，表面黑度为

的半径为r ,

且试确定小孔的发射率壁面某位置处开一微小小孔，小孔的大小，并探讨R 和对的影响状况。

图1

【答案】由人工黑腔小孔发射出去的辐射能应等于人工黑腔内壁面

黑体表面

即:

与等价的温度为0K 的之间的辐射换热量。

式中—人工黑体腔内表面积，

因为

—小孔面积，

—小孔对空腔内壁的角系数，且

人工黑腔小孔发射出去的辐射能还应等于黑体表面

则可得:

吸收的辐射能，即:

可得人工黑体腔的小孔发射率表达式为:

小孔发射率随人工黑体腔内表面发射率的变化规律见图2所示:

由图2可以看出，当空腔的开口相对于空腔内表面积越小、内壁面发射率越大，人工黑体腔越接近于绝对黑体。即使空腔内壁面发射率为0.2, 只要空腔内表面半径高于小孔半径10倍及以上，小孔的发射率便可达0.99以上，可以近似为黑体处理。当空腔内表面半径达到小孔半径50倍以上时，小孔的发射率几乎不受空腔内壁发射率影响。

图2与和之间的关系曲线

10．两块大平板中间放置第三块平板，可起到减少辐射传热的作用，故称第三块板为遮热板。问:

（1）遮热板的位置移动，不在正中间，遮热效果是否受影响？为什么？

（2）如果遮热板两表面的发射率不同，板的朝向会不会影响遮热效果？会不会影响板3的温度？为什么？

【答案】加遮热板后的辐射换热网络图如图所示。

图

由辐射换热网络图可知，加遮热板后增加了三个热阻，其中两个为表面热阻，一个为空间热