2017年南京理工大学瞬态物理国家重点实验室835传热学考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 钢铁表面约500℃, 表面看上去为暗红色；当表面约1200℃时，看上去变为黄色，这是为什么？
【答案】根据普朗克定律所揭示的关系
，随着温度的升高，辐射能量中可见光
所占份额相应增加所至。
2． 写出基尔霍夫定律的数学表达式，说明其含义及适用条件。
【答案】
表明善于吸收的物体必善于发射，反之亦然。适用条件:实际物体与黑体投
射辐射处于热平衡，或者为灰体。
3． 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。
4． 用高斯-赛德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛的解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？
【答案】（1）高斯-赛德尔迭代法求解代数方程时不一定能得到收敛的解；
（2）不一定能得到收敛的解其原因不是因为初场的假设不合适，而是由于迭代方式不合适。
5． 采用套管式温度计测量流体温度时为什么会产生测温误差? 如何减小测温误差？
【答案】（1）产生测温误差主要有下列原因:①温度计的感温泡与套管顶部可能存在接触热阻和导热热阻；②套管顶端向根部导热；③套管外表面向流场壁面的辐射换热；④流体与套管外表面的对流换热热阻。稳态时，套管从流体获得的对流热流量正好等于套管向根部的导热和与壁面间的辐射换热量之和。
（2）减小测温误差的措施:①加强测温套管附近流场壁面的保温；②采用尽量长的测温套管；③选用导热系数小的材料做测温套管；④在强度允许的情况下，尽量采用薄壁套管；⑤尽量提高流体与套管的对流换热表面传热系数，并注意不使测温套管端部处于流动死角；⑥在不影响对流换热的条件下，在测温套管外安装遮热板以减少与流场壁间的辐射换热。
6． 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。
7． 已知导热物体中某点在三个方向上的热流密度分别为如何获得该点的热流密度矢量？
【答案】（1）矢量大小:
（2）矢量的方向余弦:
8． 什么是显式格式？什么是显式格式计算中的稳定性问题？
【答案】（1）在非稳态导热的差分分析中，取温度对时间的向前差分，使后一时刻的温度分布完全取决于前一时刻的温度分布，而不必联立方程求解。这样的差分格式称为显式。
（2）在显式计算中，时间步长和空间步长的选择会影响求解过程的稳定性，选择得不适当会使温度产生震荡，而不收敛于某一数值，这是不符现实的。
二、计算题
9． 一冰箱的冷冻室可看成是外形尺寸为
的立方体，其中顶面尺寸为
冷冻室顶面及4个侧面用同样厚度的发泡塑料保温，其导热系数为
冷冻室的底面可近似地认为是绝热的。冷冻室内壁温度为-10℃，外壁护板温度
为30℃。设护板很薄且与发泡塑料接触良好。试估算发泡塑料要多厚才可限制冷量损失在45W 以下。
【答案】a=0.75m，b=0.5m
，
10．一冷柜，起初与环境处于热平衡状态，温度为20℃。后开启压缩机，冷冻室及冷柜门的内表面温度以均匀速度18℃/h下降。柜门尺寸为对流可按下式计算：
其中，H 为门高，
为壁面温度与环境温度之差。表面发射率
通过柜门的导热可作
为一维问题处理。试计算压缩机启动后2h 内的冷量损失。
【答案】本题可视为一维无限大平壁的非稳态导热问题，将冷柜门厚度由内向外均分为8段，
即
=0.01m，取
补充求解条件：
内部节点方程：
采用热平衡法可列出冷柜门外侧（节点8）的离散方程：
整理后得：
代入
的数值后，各节点方程为：
编程计算得到2h 内的温度场数据，冷量损失为：
由题意知，冷柜门内侧为第一类边界条件，其节点方程为：
保温材料厚8cm ，
冰
箱外表面包覆层很薄，热阻可忽略不计。柜门外受空气自然对流及与环境之间辐射的加热。自然