2017年哈尔滨工业大学深圳研究生院820工程流体力学考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s 。从传热学角度，你认为此值可信吗？
【答案】
根据时间常数定义在一定条件下可以认为是常数，但表面传热系数h 却是与测温元件与被测物的换热条件有关。因此，对该说明书上表明的时间常数值要进行具体分析，不能盲目相信。
2． 发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情形下可以按一维问题来处理？
【答案】（1）两端面绝热，圆周方向换热条件相同时，可以认为温度场只在半径方向发生变化；
（2）圆周面绝热，两端面上温度均匀，可以认为温度场只在轴向发生变化。
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． 扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么? 有人认为只要扩展表面细长，就可按一维问题处理，你同意这种观点吗？
【答案】（1）扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是扩展表面细长，且导热系数大；
（2）不同意，表面传热系数相对较小的条件下（）才可以按一维问题来处理。
5． 强化凝结换热的原则是什么？从换热表面的结构来说，强化凝结换热的基本思路是什么？
【答案】强化凝结换热的原则是:（1）尽可能减薄凝结液膜；（2）尽快排除凝结液；（3）及时排除不凝结性气体。为了强化凝结换热，应采用特殊的结构，充分利用表面张力的作用，减薄大部分表面的凝结液膜，并设置一定的通道，使凝液尽快排除。
6． 写出毕渥数与努塞尔数的定义式，并说明它们的物理意义，比较两者不同之处。 【答案】固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比；壁面上流体的无量
纲温度梯度；两者不同之处在于：里面的为固体导热系数，里面的为流体导热系数。
7． 用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水以哪些方式散发热量？打开水壶盖和盖上水壶盖，开水的冷却速度有何区别？
【答案】（1）用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水散发热量的方式:①水壶与地面间以导热方式传递热量；②水壶与周围空气间以自然对流换热方式传递热量，与周围环境以辐射换热方式传递热量；③壶嘴以蒸发方式散发热量。
（2）打开壶盖后，开水的蒸发速度加快，因此打开水壶盖相对于盖上水壶盖冷却得更快。
8． 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
9． 写出努谢尔数
与毕渥数
数
表达式并比较异同。 与数完全相同，但二者的物理意义却不数一般是待定准则。数的物理意【答案】从形式上看
，
同。数中的为流体的导热系数，而一般未知，因而数一般是已定准则。
义表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，它表示流体对流换的强弱。而导热系数，且一般情况下已知，与外部对流热阻
10．为什么用普朗特数
度？
【答案】普朗特数的相对大小。 数中的为导热物体的数的物理意义是导热体内部导热热阻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，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。
二、计算题
11．一冰箱的冷冻室可看成是外形尺寸为的立方体，其中顶面尺寸为
冷冻室顶面及4个侧面用同样厚度的发泡塑料保温，其导热系数为
冷冻室的底面可近似地认为是绝热的。冷冻室内壁温度为-10℃，外壁护板温度
为30℃。设护板很薄且与发泡塑料接触良好。试估算发泡塑料要多厚才可限制冷量损失在45W 以下。
【答案】a=0.75m，b=0.5m
，