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一、简答题

1． 为什么用普朗特数度？

【答案】普朗特数

分子表征了流体由于分子运动而扩散动量的能力，这一能力越大，可以定性地判断流体外掠平板时的速度边界层和温度边界层的相对厚

粘性的影响传递的越远，速度边界层越厚；分母则表征了热扩散的能力，因此，两者相比，基本上可以反映边界层的相对厚度。

2． 写出基尔霍夫定律的数学表达式，说明其含义及适用条件。

【答案】

表明善于吸收的物体必善于发射，反之亦然。适用条件:实际物体与黑体投

射辐射处于热平衡，或者为灰体。

3． 时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？同一种物体导热过程中的时间常数是不是不变的？

【答案】时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，为

从中不难

看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相联。因此，同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的。

4． 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。

5． 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。

6． 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性？

【答案】要改善热电偶的温度响应特性，则

（1）需最大限度降低热电偶的时间常数；（2）形状上要降低体面比；（3）要选择热容小的材料；（4）要强化热电偶表面的对流换热。

二、计算题

7． 如图1所示，一房间墙壁壁厚

已知房间内空气温度为

外表面的空气对流表面传热系数分别为围环境物体之间的系统辐射系数为

面积

和

其导热系数为

壁内

。假定外墙表面与周

外部环境（空气和物体）温度为

试求通过该墙壁的散热量。

图1

【答案】方法一:设房间墙壁内、外表面的温度分别为室内空气与墙内表面的对流换热量为:

墙壁的导热量为:

墙外表面与室外空气的对流换热量为:

墙外表面与周围物体表面的辐射换热量为:

传热过程进入稳态后，室内空气与内墙的对流换热量一墙壁的导热量一墙外表面与室外空气的对流换热量+墙外表面与周围物体表面的辐射换热量。

故:

简化为:

和

简化为:

联立求解方程式（1）和式（2）可以计算出，和分别为:16.4°C 和5.6°C 。则通过墙壁的

散热量为:

方法二:该问题的热路图如图2所示。 各部分热阻分别为:

定义辐射换热系数:

辐射换热热阻

腔外表面散热总热阻

墙壁换热热流密度

由

得出

利用式（4）、式（5）、式（6）循环迭代求解。 先不考虑辐射换热，则:

代入式（6）得

代入式（4）得

代入式（5）得