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一、简答题

1． 试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？（以暖气片管内走热水为例）。

【答案】（1）有以下换热环节及传热方式:由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热

；由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热； （强制对流）

（2）由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。

2． 有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？

【答案】电流通过电子器件时会产生焦耳热，导致温度上升，于是产生了周围空气自然对流的动力。这种冷却方式无需外加动力，亦无噪声，而且一旦停电，电子器件也就不工作了，因而也就不存在冷却问题，因而说它是最可靠、最经济、无噪声污染的冷却方式是合适的。自然对流冷却方式的最大不足是其换热强度低。一种弥补的方法是采用扩展表面，即在热表面上加装垂直放置的肋片，以增加散热面积。

3． 管内受迫对流换热时，对于横管和竖管中流体被加热和被冷却，自然对流的影响各有什么不同？什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响？

【答案】（1）对于横管，流体不管被冷却还是被加热，都将有利于换热。因为当横管中流体被冷却时，由于管心温度高于管壁，将形成管心向上而沿管壁向下的垂直于受迫流动方向的环流；而当横管中流体被加热时，由于管心温度低于管壁，将形成由管心向下而沿管壁向上的垂直于受迫流动方向的环流；由于都形成了环流，加强了边界层的扰动，所以都将有利于换热。

对于竖管，当流体向上流动时，如果流体被冷却，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反，这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热；如果流体被加热，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热。当流体向下流动时，则自然对流对换热的影响与流体向上流动正好相反。如流体被冷却，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热；如果流体被加热，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反。这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热。

（2）至于什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响，可通过惯性力和浮升力数量级的对比进行判断，一般，当时，就应考虑自然对流的影响。

4． 传热学中通常把“管内流动”称为内部流动，将“外掠平板”、“外掠圆管”称为外部流动，试说明它们的流动机制有什么差别。这些对流换热问题的数学描述有什么不同？

【答案】（1）它们的流动机制的差别在于管内流动，其流体的发展受到管内空间的限制；而

外掠平板或外掠圆管，其流体的发展不受外界的限制。

（2）这两类对流换热问题的数学描述的不同之处在于：①定型尺寸不同，如管内流动，定型尺寸选用管内径，而外掠平板，定型尺寸选用板长，外掠圆管定型尺寸选用管外径；②由于内流动受到流动空间的限制，除流动入口段以外，边界层理论不适用于流动充分发展段，因此不能采用数量级分析的方法简化对流换热微分方程组；③边界条件的描述也不相同，内流问题应考虑流动与换热的对称性。

5． 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

6． 掠平壁层流边界层内，为什么存在壁面法线方向（y 向）的速度v?

【答案】y 向的速度v 是由于边界层不断増厚，所排挤掉的流体产生的速度。

7． 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

8． 速度边界层的概念及如何定义边界层厚度。

【答案】这种在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为速度边界层（或流动边界层）。通常规定达到主流速度的99%处的距离定义为边界层厚度，记为

9． 写出格拉晓夫准则（

【答案】数）的表达式及物理意义。 表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小。

10．温度为T 的灰体，其有效辐射是否有可能大于同温度下的黑体福射？

【答案】有可能。因为有效辐射等于自身辐射与投入辐射的反射部分之和，反射部分越大，有效辐射也越大，因此，完全有可能某一温度下的物体其有效辐射大于同温度下的黑体辐射。

二、计算题

11．一初始温度为的固体，被置于室温为的房间中。物体表面的发射率为表面与空气间的表面传热系数为h 。物体的体积为V ，参与换热的面积为A ，比热容和密度分别为c 及

热阻可略而不计，试列出物体温度随时间变化的微分方程式。

【答案】该物体在冷却或加热过程中，与周围流体间存在对流换热，与周围环境间存在辐射换热。设环境温度与流体温度相等，则单位时间内对流换热量分别表示为：

由热平衡方程：

注意：当物体被冷却时，

但故

代入热平衡方程，得：

初始条件：

及

。定性画出均布内热源但故当物体被加热时，

这就是热平衡方程等式左边加上“﹣”的原因。 辐射换热量和内能增量可物体的内 12．平板稳态导热，导热系数为定值，两侧壁温分别为三种情况下壁内的温度分布曲线。

【答案】如图所示。