2017年北京工业大学建筑工程学院846传热学Ⅰ考研题库
● 摘要
一、简答题
1． 试分别说明导热问题3种类型的边界条件。
【答案】（1）第一类边界条件:已知任意时刻物体边界上的温度分布；
（2）第二类边界条件:已知任意时刻物体边界上的热流密度或温度梯度；
（3）第三类边界条件:已知任意时刻物体边界与周围流体间的对流换热情况，即已知表面传热系数h 和周围流体温度t f 。
2． 在青藏铁路建设中，采用碎石路基可有效防止冻土区的冻胀和融降问题，为什么？
【答案】碎石路基中的空隙可以有效阻止热量自上而下的传递，而能顺利地将冻土层的热量自下而上的传递。其原因是:空隙内的空气的自然对流能将下方的热量传递到上方，而不能将上方的热量传递给下方，即路基中热量只能单向传递，这样就可以维持路基下冻土层的常年冻结。
3． 随着肋片的高度增加，换热器的体积、质量和成本增加，换热量也在増加，考虑上述因素应如何确定肋片高度? 如果不考虑经济性，肋片是否越高越好？
【答案】（1）不同材料的体积、质量和成本不一样，不同场合和用途对体积、质量和成本的重视程度也不一样。所以肋片高度的确定标准也不一样。就体积因素而言，对于等截面直肋，耗材设:，则:
（体积不变的情况下）
令
整理得:
解此超越方程:
即
mH 是一个无量纲参数，该值表示H 与m 间的制约关系。不同材料，不同截面形状，不同换热条件，m 不同，所以H 也不相同。
（2）不考虑经济因素时，肋片也并非越高越好。因为肋片散热量与mH 的双曲正切成正比，而双曲正切是以1为极值的单调増加函数，mH=l.5时其值已超过0.9。
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4． 温度同为20℃的空气和水，假设流动速度相同，当你把两只手分别放到水和空气中，为什么感觉却不一样？
【答案】尽管水和空气的流速和温度相同，由于水的密度越为空气的1000倍，而动力粘度则相差不多，在相同的特征尺度下，所当将手放入水中的以雷诺数要远大于放入空气中的雷诺数，因此，放入水中的努赛尔数大，另一方面，又由于水的导热系数大于空气的导热系数，所以，当将手放入水中时的对流换热系数远远大于放入空气中的对流换热系数，因此，感觉却不一样。
5． 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。
6． 何谓肋片效率？采用加装肋片来强化换热，对肋片的选材、肋片的形状和肋片效率有何要求？
【答案】肋片效率为肋片的实际散热量与假设整个肋片温度都与肋根温度相同时的理想散热量之比。肋片效率的主要影响因素有:
（1）肋片材料的热导率:热导率愈大，肋片效率愈高；
（2）肋片高度:肋片愈高，肋片效率愈低；
（3）肋片厚度:肋片愈厚，肋片效率愈高；
表面传热系数:表面传热系数愈大，肋片效率愈低。
7． 推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似，为什么前者得到的是精确描写，而由后者解出的却是近似解？
【答案】差分方程与微分方程的主要区别是前者用有限小量代替了后者的无限小量，前者用各离散点参数代替了后者的连续参数。实际上物体中的物理参数是时间和空间的连续函数，所以，微分方程是精确解，而差分方程是近似解。
8． 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。
9． 两块厚度相同的无限大平壁，分别由金属铜和木头制成。若保持其两侧表面温度对应相等，那么，在常物性、稳态导热的情况下两平壁内的温度分布是否相同？为什么？
【答案】相同。因为对于常物性、无内热源的无限大平壁的稳态导热，第一类边界条件下其
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温度分布仅取决于边界温度，而与材料的导热系数无关。
10．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。
二、计算题
11．试列出极坐标系中的二维、稳态、常物性、有均匀内热源
方程（图）。
的导热问题节点（i ，j ）的离散
图 极坐标系网格示意图
【答案】对节点（i ，j ）建立热平衡关系式，得
12．用初温35℃的冷却水冷却流量为1.82kg/s、初温为150℃的热油，要求把油冷却到85℃，而冷却水则加热到80℃, 流体的总流向为逆流。设油的平均比热容为
换热器的总换热系数为
（1）换热量。
（2）水的流量。
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