2017年哈尔滨工业大学威海校区820工程流体力学考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 为什么用普朗特数
度？
【答案】普朗特数分子表征了流体由于分子运动而扩散动量的能力，这一能力越大，可以定性地判断流体外掠平板时的速度边界层和温度边界层的相对厚粘性的影响传递的越远，速度边界层越厚；分母则表征了热扩散的能力，因此，两者相比，基本上可以反映边界层的相对厚度。
2． 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。
3． 用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。
【答案】（1）选用导热系数更小的材料作套管；
（2）尽量增加套管高度，并减小壁面导热系数；
（3）强化套管与流体间的换热；
（4）在储气筒外包以保温材料。
4． 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。
5． 绿色住宅的一种节能方式（夏天少用空调、冬天少用暖气）就是在其房屋前栽种几棵大型落叶乔木，试从传热学角度说明大树的作用。
【答案】夏天室内热负荷主要来自太阳辐射，如房屋前截种几棵大树，枝叶繁茂会遮挡阳光，使房屋处于树荫下，可以凉快些，从而减少使用空调。到了冬天，树叶落光，太阳光线可直射到房屋上，因而又可推迟使用暖气时间或少用暖气。这样便可达到节能的目的。
6． 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。
7． 工程上采用加肋片来强化传热。何时一侧加肋? 何时两侧同时加肋？
【答案】（1）当传热壁一侧时，该侧加肋可强化传热；
但（2）当传热壁两侧Bi 都小于0.1时，则两侧都可加肋。 加肋时应使壁面两侧表面传热热阻尽量相近，这样强化传热效果好。当壁面两侧均
一侧表面传热热阻显著大于另一侧表面传热热阻时，在热阻大的一侧加肋效果较好。
8． 用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水以哪些方式散发热量？打开水壶盖和盖上水壶盖，开水的冷却速度有何区别？
【答案】（1）用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水散发热量的方式:①水壶与地面间以导热方式传递热量；②水壶与周围空气间以自然对流换热方式传递热量，与周围环境以辐射换热方式传递热量；③壶嘴以蒸发方式散发热量。
（2）打开壶盖后，开水的蒸发速度加快，因此打开水壶盖相对于盖上水壶盖冷却得更快。
9． 灰体表面的有效辐射和本身辐射哪一个大些？
【答案】灰体表面的有效辐射大些。
10．什么是显式格式？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。
，因，则 。
二、计算题
11．俗语说：“冰冻三尺，非一日之寒”。试根据下列数据计算冬天冰冻三尺需几日之寒。设土壤原来温度为4℃，受寒流影响，土壤表面突然下降到—10℃，土壤物性
：且和不随冰冻变化。
【答案】本题属第一类边界条件下的半无限大物体的非稳态导热问题。
得
由题意 所以：
12．平板稳态导热，导热系数为定值，两侧壁温分别为及
。定性画出均布内热源
三种情况下壁内的温度分布曲线。
【答案】如图所示。
图
13．常物性流体管内受迫层流稳态流动，在流动充分发展段，描述流体运动的动量微分方程为:
为:根据微分方程，结合边界条件，证明流动充分发展段的速度分布其中，R 为管内半径。
【答案】数学描述为:
B.C :
在流动充分发展段:
微分方程改写为: ，故
两次积分并代入边界条件后，可求得速度分布为:
平均速度定义为:
将式（1）代入式（2）积分，可得:
，可得速度分布为: 将上式表示的平均速度代入式（1）
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