2017年哈尔滨工业大学能源科学与工程学院820工程流体力学考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 为了测量管道中的气流温度，在管道中设置温度计。试分析由于温度计头部和管壁之间的辐射换热而引起的测温误差，并提出减少测温误差的措施。
【答案】（1）为了准确测量管道内气流的温度，必须减少由于干扰项引起的测量误差。高温条件下辐射换热对于气流温度的测量误差可达到8%〜10%，因此必须采取措施去除辐射换热的影响。
（2）减少测温误差的措施:加辐射隔热板。加上辐射隔热板后可将误差减小到0.5%左右（见图）。
图
2． 分析双层保温杯中从热水到外界环境的传热过程，并提出提高保温性能的措施或途径。
【答案】（1）传热过程:内部水通过向对流换热传热给内层内壁，而后通过导热传给内层外壁，内层外壁通过对流换热及辐射换热传热给外层内壁，内壁通过导热传热给外层外壁，外壁通过自然对流换热与外界空气交换热量。
（2）措施:内、外层间抽真空，内层外壁及外层内壁作表面处理，减小表面发射率，内、外层间加层，相当于加遮热板。
3． 什么是热边界层？能量方程在热边界层中得到简化所必须满足的条件是什么？这样的简化有何好处？
【答案】流体流过壁面时流体温度发生显著变化的一个薄层。能量方程得以在边界层中简化，必须存在足够大的贝克莱数，即也就是具有的数量级，此时扩散项才能够被忽略。从而使能量微分方程变为抛物型偏微分方程，成为可求解的形式。
4． 试说明数的物理意义。及各代表什么样的换热条件？有人认为，
绝热工况，你是否赞同这一观点，为什么？
【答案】（1）
（2）①
求解；②数的物理意义是物体内外热阻之比的相对值。 代表了时说明传热热阻主要在边界，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析时，说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁温就是流体温度。
（3）认为代表绝热工况是不正确的，的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。
5． 试说明“无限大”平板的物理概念，并举出一两个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题。
【答案】（1）所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度尺寸，从边缘交换的热量可以忽略不计，当平板两侧温度均匀时，热量垂直于板面方向流动。
（2）薄板两侧均匀加热或冷却，以及炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。
6． 冰箱长期使用后外壳上易结露，这表明其隔热材料性能下降。
你知道其道理吗？（提示:冰箱隔热材料用氟利昂发泡，长期使用后氟利昂会逸出，代之以空气）
【答案】冰箱隔热材料为用氟利昂作发泡剂的聚氨脂泡沫塑料，其导热系数要比一般保温材料小。由于孔中氟利昂气体导热系数较低，随着使用时间的延长，气孔中氟利昂逐步逸出，环境中的空气取而代之。由于空气的导热系数是氟利昂的倍，进入空气的隔热材料导热系数增大，致使冰箱保冷性能下降。
7． 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。
8． 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。
9． 辐射和热辐射之间在什么区别和联系？热辐射有什么特点？
【答案】（1）辐射和热辐射之间的区别和联系:①辐射是由原子内部的电子激发产生的电磁波传播，由于激发的方法不同，所产生的电磁波波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也不同；热辐射是由自身温度或热运动的原因激发产生的电磁波传播；②热辐射是辐射的一种形式。
（2）热辐射的特点是投射到物体上能产生热效应。
10．试定性分析下列问题：
（1）夏季与冬季顶棚内壁的表面传热系数是否一样？
（2）夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数是否相同？
（3）普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是否有影响？
（4）从传热的观点看，为什么散热器一般都放在窗户的下面？
（5）相同流速或者相同的流量情况下，大管与小管（管内或管外）的表面传热系数会有什么变化？
【答案】（1）不一样。因为空气是热气流向上运动，而冷气流向下运动，对于夏季，顶棚内壁温高于室内空气温度，因此夏季顶棚内壁处空气被加热而处于停滞状态；对于冬季，顶棚内壁温低于室内空气温度，冬季顶棚内壁处空气被冷却可向下运动，从而形成较强的自然对流。所以，冬季顶棚内壁的表面换热系数远高于夏季。
（2）—般不相同，因为虽然夏季和冬季房屋外墙外表面的温度均高于室外空气温度，自然对流的规律相似，但表面传热系数是否相同还取决于房屋外表面与室外空气温度之差等因素，此外，夏冬两季室外风速也不相同，对表面传热系数的影响不同。
（3）有影响。因为空气在翅片间流动，起始段表面传热系数较高，稳定段相差不大。因此，起始段相同时，矮翅片的平均表面传热系数高于高翅片的平均表面传热系数。
（4）因为窗户一般为玻璃，其导热系数远高于其他围护结构，导致在冬季其内表面温度较低，当其低于室内空气的露点温度时，易在窗玻璃的内表面结露。如果把散热器放在窗户的下面，由于室内空气通过散热器后的空气温度较高，可提高窗玻璃内表面的温度，从而有效防止结露的发生。
（5）在相同流速或者相同的流量情况下，对于管内或管外流动，小管的表面传热系数高于大管，且相同流量时影响更大。以管内流动为例，按迪图斯-贝尔特公式，相同流速时，表面传热系数与
成正比；相同流量时，表面传热系数与成正比。
二、计算题
11．一外径的蒸汽管道，蒸汽温度为400℃。管道外包了一层厚0.065m 的材料A ，测得
的材料B 。测得材料B 的外表面温度为30℃，
其外表面温度为40℃，但材料A 的导热系数无数据可查。为了知道热损失情况，在材料A 外又包了一层厚0.02m ，导热系数内表面温度为180℃。试推算未包材料B 时的热损失和材料A 的导热系数
【答案】蒸汽凝结传热热阻和金属壁导热热阻可以忽略，对于绝热材料B :
则：
未包材料B 时的热损失：