2017年安徽工业大学传热学(同等学力加试)复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、简答题
1． 建立图中所示气泡生成的条件。
图
【答案】在液体沸腾过程中一个球形汽泡存在的条件是液体必须有一定的过热度。这是因为从汽泡的力平衡条件得出们各自对应的饱和温度就不同有
，只要汽泡半径不是无穷大，蒸汽压力就大于液体压力，它
又由汽泡热平衡条件有
，而汽泡存在必须保持其
，即大于其对应的饱和温度，也就是液体必须过热。 饱和温度，那么液体温度
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． 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。
4． 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。
5． 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。
6． 简述温室效应是怎么回事？
【答案】（1）对于普通玻璃、塑料薄膜、非对称的双原子气体及多元子气体等介质，可以透射可见光，但可以阻隔红外线。
（2）当可见光透射过这些介质后，被这些介质包围的固体吸收； （3）另一方面，固体的温度相对较低，发出的辐射能绝大部分是红外线。
（4）红外线无法透过这些介质，使得被这些介质包围的固体的温度升高。这就是温室效应。
二、计算题
7． 直径为12mm ，初始温度为900℃的钢球，突然被放置于温度为25℃，表面传热系数为
的空气中冷却。已知钢球的物性如下
：
试确定钢球中心温度被冷却到120℃所需的时间。 【答案】
可采用集总参数法求解： 由
得：
8． 温度为0.1mm 的电阻丝被置于空气流中，并与来流方向垂直。来流温度为20℃，电阻丝的加热功率为17.8W/m。试确定使电阻丝稳定在40℃的空气流速。空气在一个大气压下的物性如表1所示。
表
1
空气外绕圆柱体的对流换热准则关系式为：
表
2
其中
和如表2所示。
【答案】定性温度为以此温度查物性得：
计算对流换热系数：
假设雷诺数在40〜4000范围内，查表得：C=0.615，n=0.466。可得雷诺数为：
在假设的范围内。 空气流速为：
9． 在液体沸腾的壁面上有一个如图所示的气化核心，且形成了一个气泡，试写出气泡力平衡和热平衡的表达式，从中可以得出什么结论？如果壁面的光洁度提高，对沸腾过程是否有利？