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一、简答题

1． 什么是时间常数？用热电偶测量温度变化着的气流温度时如何提高测量精度？

【答案】时间常数

用热电偶测量温度变化着的气流温度时应尽可能减小时间常数，

在热电偶材料一定时，增大对流换热系数，减小体积，增大面积，或减小体积面积比。

2． 结合非稳态导热分析解的形式，分析热扩散率在非稳态导热中的作用。

【答案】从分析解形式可见，物体的无量纲过余温度是傅里叶数的负指数函数，即表示在相同尺寸及换热条件下，热扩散率越大的物体到达指定温度所需的时间越短，这正说明热扩散率所代表的物理含义。

3． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。

【答案】用一只手握住盛有热水的杯子，手所感受到的是杯子外壁面的温度。不搅拌时，杯中的水与杯子间为自然对流传热，这种情况下的对流传热系数相对较小，杯子外壁面的温度相对较低；当另一只手用筷子快速搅拌热水，水在杯中随着搅拌而旋转，水与杯子间的换热为强制对流换热，对流传热系数增大，水与杯子间的换热量增加，杯子外壁面的温度升高，因此握杯子的手会显著地感到热。

4． 饱和水在水平加热表面上沸腾（壁面温度可控）时，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是否也增加？为什么？

【答案】在自然对流区和核态沸腾区，随着壁面过热度热系数是增加的，因随增加。

当进一步提高再提高

时，进入过渡沸腾区。这时，由于的增加，在加热表面上形成一层汽膜，汽

膜的导热系数较小，热阻增加，致使沸腾换热表面传热系数下降。

进入稳定膜态沸腾区，加热表面上形成稳定的汽膜层。这时汽化只能在汽-液交界

面上进行。汽化所需热量靠导热、对流、辐射通过汽膜传递。因这时壁温很高，辐射热量急剧增加，沸腾换热表面传热系数又随的増加而增加。 5 一维无限大平壁的导热问题，，．两侧给定的均为第二类边界条件能否求出其温度分布? 为什么？

【答案】（1）一维无限大平壁的导热问题，两侧给定的均为第二类边界条件，不能求出其温度分布。

（2）因为第二类边界条件所对应的是温度曲线的斜率，与绝对温度没有对应关系。

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的增加，沸腾换热表面传

的増加产生汽泡的核心数增加，汽泡对流体的扰动剧增，表面传热系数

6． 什么情况下可以把竖直夹层内空气的自然对流换热作为纯导热过程？为什么？

【答案】（1）当两壁的温差与夹层厚度都很小时，可以把竖直夹层内空气的自然对流换热作为纯导热过程。

（2）在这种情况下，自然对流非常微弱，以致可以认为夹层内没有流动，因此可以作为纯导热处理。实验研究证实：当以厚度为定型尺寸的并以此作为判据。

时，可以作为纯导热过程，

二、计算题

7． 某砖墙壁厚

其导热系数为

已知壁两侧温度分别为

其他参数数值

试计算墙壁的导热热阻和热流密度。如果将壁厚改为

不变，热流密度提高多少？

【答案】砖墙墙壁的导热热阻为

由式

得热流密度为当墙壁厚度变为导热热阻由式（1）得

时，

可以看出，热流密度明显提高，其增加率为:

8． 下面为两个第三类边界条件的表达式：

你认为哪一个式子是正确的？

【答案】图给出了热流密度和温度梯度的方向示意，温度梯度的方向与热量传递方向相反。 因此：

正确。

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图 模型示意

9． 如图所示，用裸露的热电偶插入汽车排气管测量汽车尾气的温度，热电偶指示值为已知排气管内壁温度头部表面的发射率为为

尾气对热电偶表面的对流表面传热系数

热电偶

试确定尾气的真实温度。如果其他条件不变，在热电偶加以发射率

的小遮热罩，那么热电偶的指示值应为多少？

图

【答案】（1）设汽车尾气的温度为

则热电偶从尾气通过对流换热得到的热量为:

热电偶向排气管内壁辐射放出的热量为:

管壁的面积相对热电偶而言要大得多，可以认为

处于热平衡时，

即:

其中

尾气的真实温度为

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因此: