2018年东南大学能源与环境学院918传热学考研核心题库
● 摘要
一、简答题
1． 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。
2． 从泡态沸腾机理分析，为什么大容器核态沸腾时，沸腾液体具有一定的过热度？
【答案】气泡处于既不长大，又不缩小的平衡状态时，必须满足的力平衡条件和热平衡条件分别为:
当忽略液柱静压差时，
由热平衡条件可知，
与
对应的饱和温度为令与
对应的蒸气饱和温度为
由于可以看出，沸腾液体总是具有一定的过热度
3． 为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不明显，试分析原因。
【答案】冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，效果不明显。
4． 一台氟利昂冷凝器，氟利昂蒸气在光管外冷凝，冷却水在管内流动。为了强化这一传热过程，将管外改为低肋强化表面。后又采用管外与管内均有强化措施的双侧强化管，试分析其原因。
【答案】由于氟利昂蒸气导热系数和气化潜热很小，根据Nusselt 理论解，其凝结表面传热系数相对于管内对流换热系数要小很多，也就是氟利昂侧传热热阻大。采用低肋管后，可以将氟利昂侧凝结表面传热系数提高十多倍，这时管内传热热阻反而大于氟利昂侧热阻，因而管内也需要进行强化，从而使两侧热阻相当，才能收到更好的强化换热效果。
5． 两块厚度相同的无限大平壁，分别由金属铜和木头制成。若保持其两侧表面温度对应相等，那么，在常物性、稳态导热的情况下两平壁内的温度分布是否相同？为什么？
【答案】相同。因为对于常物性、无内热源的无限大平壁的稳态导热，第一类边界条件下其温度分布仅取决于边界温度，而与材料的导热系数无关。
6． 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。
7． 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。
8． 何谓黑体、白体、透明体、灰体？
【答案】（1）黑体是指能全部吸收外来射线的物体；
（2）白体是指能全部反射外来射线的物体；
（3）透明体是指物体能被外来射线全部透射的物体；
（4）灰体是指物体的单色发射率不随波长而变化的物体。
9． 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。
10．大容器沸腾换热过程有哪几个主要的区域，并指出临界热流密度在什么情况下会对加热壁面造成损坏？
【答案】大容器沸腾换热过程有四个主要的区域，分别是:自然对流沸腾区、核态沸腾区、过渡沸腾区和膜态沸腾区。
由于到达临界热流密度后加热壁面温度的升高反而使热流密度下降，直至进入稳定膜态沸腾后换热热流密度才随热流密度的升高而再次増加，但此时加热壁面温度已相当高。这样，在控制热流密度的加热过程中，当加热热流密度高于临界热流密度后就会引起壁面温度的急剧升高，从而会造成加热壁面的损坏（如电加热、核反应堆燃料棒的加热过程）。因此，在实际工作中应避免沸腾换热的设备运行在临界热流密度附近。如果是控制加热壁面温度的加热过程就不会出现上述现象，也就不必控制临界热流密度。
二、计算题
11．绝缘电线的内部为半径为R ，长度为L 的铜线，该铜线的导热系数
其导热系数
温度为为常数，已知铜线外侧与绝缘塑料皮接触处温度恒定为为常数，电阻率为绝缘塑料皮的外侧空气导线通过电流I （A ）而均匀发热。铜线外侧敷设绝缘塑料皮，绝缘塑料皮厚度为绝缘塑料皮外侧与空气间的表面传热系数为h 。试写出这一稳态过程的数学描述。
【答案】该问题的数学物理模型如图所示。
由式可知，圆柱坐标系的通用导热微分方程式如下式所示：
（1）结合题意，对于铜线部分，其导热过程为稳态、有内热源的一维导热问题，其导热微分方程可以化简为：
内热源可以表示为：
铜线外表面边界条件：
铜线中心边界条件：
（2）绝缘塑料皮部分为稳态一维导热问题，其导热微分方程可以化简为：
绝缘塑料皮外表面边界条件：
绝缘塑料皮内表面边界条件：
图 模型示意图
12，．两平行大平壁A 和B 构成一空气夹层。平壁A 厚12mm 壁体材料的导热系数为
外表面温度为42°C ，内表面温度为40°C ; 平壁B 内表面温度为17°C , 两壁面表面间的系统辐射系数
求两壁内表面间的辐射换热量和夹层内空气与壁面间的自然对流换热量。
【答案】热量以导热方式从大平壁A 的外表面传递到内表面，在稳态传热过程中，这部分热