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一、简答题

1． 从泡态沸腾机理分析，为什么大容器核态沸腾时，沸腾液体具有一定的过热度？

【答案】气泡处于既不长大，又不缩小的平衡状态时，必须满足的力平衡条件和热平衡条件分别为:

当忽略液柱静压差时，

由热平衡条件可知，

与

对应的饱和温度为令与

对应的蒸气饱和温度为

由于可以看出，沸腾液体总是具有一定的过热度

2． 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。

3． 为什么太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面，而辐射采暖板不需要做黑色？

【答案】（1）①太阳灶要求吸收太阳辐射的能量要多，而太阳辐射射线的能量主要位于短波范围，最佳的太阳灶受热面应是部分光谱全部吸收

，，黑色表面有利于吸收可见光（属于短波辐射）；②另一方面太阳灶要求本身辐射出去的能量要尽量少，而太阳灶本身辐射出去的能量因温度不是太高主要位于长波部分，粗糙表面能使长波辐射投射到自身而减少辐射热损失。

两方面综合，粗糙的黑色表面吸收太阳能最多，损失的长波辐射最少。把太阳灶的受热面做成粗糙的黑色表面能基本满足上述要求，因此，太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面。

（2）对于辐射采暖板，其表面温度不高，大部分福射射线的能量位于长波范围。此时，采用粗糙的黑色表面

，由基尔霍夫定律，反而阻碍其散热，因此辐射采暖板不需要做成黑色。

4． 时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？同一种物体导热过程中的时间常数是不是不变的？

【答案】时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，为

同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的。

第 2 页，共 43 页 从中不难看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相联。因此，

5． 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。

6． 发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情形下可以按一维问题来处理？

【答案】（1）两端面绝热，圆周方向换热条件相同时，可以认为温度场只在半径方向发生变化；

（2）圆周面绝热，两端面上温度均匀，可以认为温度场只在轴向发生变化。

7． 根据对导热系数主要影响因素的分析，试说明在选择和安装保温隔热材料时要注意哪些问题。

【答案】（1）根据工作温度选择适合的保温材料；

（2）进行保温计算时应考虑温度对保温材料导热系数的影响；

（3）选择导热系数小的材料，其密度在最佳密度附近，使其具有最佳保温性能；

（4）保温材料的保温性能受水分影响很大，必须采取防水措施；

（5）采用各向异性材料时要注意导热方向对导热系数的影响。

8． 什么情况下可以把竖直夹层内空气的自然对流换热作为纯导热过程？为什么？

【答案】（1）当两壁的温差与夹层厚度都很小时，可以把竖直夹层内空气的自然对流换热作为纯导热过程。

（2）在这种情况下，自然对流非常微弱，以致可以认为夹层内没有流动，因此可以作为纯导热处理。实验研究证实：当以厚度为定型尺寸的

并以此作为判据。

时，可以作为纯导热过程，

二、计算题

9． 在流速和物性参数不变时，为什么采用直径小的管子可以强化管内的换热（设管内流动状态均为湍流）？

【答案】因为除管径改变外，其他都不变根据管内对流换热关系式有：

即

所以管径越小，对流换热系数越大。

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10．在一台缩小成为实物的1/8的模型中，用20℃的空气来模拟实物中平均温度为200℃的空气的加热过程。实物中空气的平均速度为6.03m/s，问模型中的流速应为多少？若模型中的平均表面传热系数为求相应实物中的值。在这一实验中，模型与实物中Pr 并不严格相等，

可近似视为常数，故

。要使模型实验结果能 你认为这样的模化实验有无实用价值？ 【答案】对于空气受迫流动换热，时

:

时

:

由于

故

又

故模型流速为:

1和2属于彼此相似的现象，因此即故:

空气的数变化不大，模化实验遵循相似理论的基本原理，可推广使用到数近似相等的流体换热现象中，具有实用价值。

11．有两平行黑表面相距很近，它们的温度分别为1000℃和500℃。试计算它们的辐射换热量。当“冷”表面温度增至700℃，则辐射换热量变化多少？如果它们是灰表面，发射率分别为0.8和0.5, 它们的辐射换热量又为多少？

【答案】由于两平行黑表面相距很近，可忽略两表面间四周的辐射热损失，认为彼此的辐射角系数为1, 计算时须将摄氏温度换算为绝对温度。两平行黑表面，单位面积的辐射换热量为:

当“冷”表面温度增至70CTC 时:

变化量:当两表面均为灰表面时:

第 4 页，共 43 页 够推广使用，必须符合物理现象相似条件，同名相似准则必须相等，即