2017年浙江大学生物系统工程与食品科学学院833传热学考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 叙述理论求解表面传热系数的基本途径。
【答案】对于常物性流体的对流换热问题，温度场与速度场可分别独立求解，属于非耦合问题。理论分析求解表面传热系数的基本途径是：
（1）由连续性方程和动量微分方程结合定解条件求出速度场；
（2）已知速度场后，由能量方程结合定解条件求出温度场；
（3）由对流换热过程微分方程式求出局部表面传热系数；
（4）由积分方式求出平均表面传热系数。
如物性随温度变化，温度场与速度场必须联立求解，属于耦合问题。
2． 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。
3． 冬天，房顶上结霜的房屋保暖性能好，还是不结霜的好？
【答案】（1）同样的室温条件下，房顶上结霜的房屋保暖性能好。
（2）原因是结霜屋顶的热阻更大，使得其外表面温度较低，因而保暖性能好。
4． 试说明集总参数法的物理概念及数学上处理的特点。
【答案】（1）集总参数法的物理概念是指当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力，而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数；
（2）集总参数法数学上处理的特点：数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程，大大降低了求解难度。
5． 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。
6． 写出傅里叶导热定律表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。 【答案】体本领的大小；。其中是热流密度矢量；是导热系数，它表示物质导热是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向的增加，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，表面传热系数是空间某点的温度梯度；
温度升高的方向，号表示热量沿温度降低的方向传递。
7． 不同温度的等温面（线）不能相交，热流线能相交吗? 热流线为什么与等温线垂直？
【答案】（1）热流线也不能相交。这是因为与热流线垂直方向没有热流分量。
（2）热流线与等温线垂直的原因是因为如热流线不垂直于等温线，则等温线上必有一热流分量。而等温线上无温差，q=0, 只有热流线垂直于等温线才能使等温线上的分热流为零。
8． 以任意位置两表面之间用角系数来计算辐射换热，这对物体表面做了哪些基本假设？
【答案】推导角系数的三条假设是:
； （1）换热表面为非凹表面（排除表面自身辐射换热的情况）
（2）换热表面为漫福射表面，即物体发射的定向辐射强度及反射的定向辐射强度与方向无关；
（3）物体表面的辐射物性均匀，即温度均匀，发射率及反射率均匀。
9． 什么是物体表面的黑度，它与哪些因素相关？什么是物体表面的吸收率，它与哪些因素相关？它们之间有什么区别？
【答案】物体表面的黑度被定义为物体表面的辐射力与其同温度下黑体辐射的辐射力之比，它与物体的种类、表面特征及表面温度相关。物体表面的吸收率是表面对投入辐射的吸收份额，它不仅与物体的种类、表面特征和温度相关，而且与投入福射的能量随波长的分布相关，也就是与投入福射的发射体的种类、温度和表面特征相关）。比较两者的相关因素不难看出它们之间的区
别，概括地说黑度是物体表面自身的属性，而吸收率确不仅与自身有关情况有关还与外界辐射的情况紧密相连。
10．为什么珠状凝结的表面传热系数比膜状凝结的高？
【答案】由于珠状凝结时表面不易形成凝结液膜，相比膜状凝结没有液体膜层热阻，蒸气直接与冷壁面接触，因而表面传热系数高。
二、计算题
11．某商场的防排烟系统设置有火灾报警系统，其报警系统方式为导线熔断报警，已知该导线的熔点温度等于初始温度导热系数密度比热若要求该报警系统的导线在突然受到600℃烟气加热情况下，1分钟内需发出报警信号，导线直径最大为多少？
【答案】假设该问题可以采用集总参数法求解。则
代入解得：
则，
校核
所以，直径
故导线直径最大为0.54mm 。
12．某种火警报警器的有效部位是一个半径为r 的金属球，其熔化温度为
比热为
的温度为25℃, 当突然受到温度为），导热系数为，
其密度为:）。正常状态下金属球
若考虑到金属球升 小于0.05，因此，假设成立。 的烟气加热后，为保证在20秒内发出警报，问金属球的半径应为多少？设烟气与球表面间的对流换热系数为
稍增大些还是应减少些？为什么？
【答案】对于球体，假设温后其辐射散热会增加（四周墙壁温度低于烟气温度），为保证仍在20秒内发出警报，其半径应成立，可用集总参数法计算:
又，则
,
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