2017年南京理工大学瞬态物理国家重点实验室835传热学考研冲刺密押题
● 摘要
一、简答题
1． 叙述理论求解表面传热系数的基本途径。
【答案】对于常物性流体的对流换热问题，温度场与速度场可分别独立求解，属于非耦合问题。理论分析求解表面传热系数的基本途径是：
（1）由连续性方程和动量微分方程结合定解条件求出速度场； （2）已知速度场后，由能量方程结合定解条件求出温度场； （3）由对流换热过程微分方程式求出局部表面传热系数； （4）由积分方式求出平均表面传热系数。
如物性随温度变化，温度场与速度场必须联立求解，属于耦合问题。
2． 对于第一类边界条件的稳态导热问题，其温度分布与导热系数有没有关系？
【答案】导热问题的完整数学描述包括导热微分方程和定解条件。在导热系数为常数的稳态导热问题中，只有第一类边界条件下的无内热源稳态导热问题的分析解才与导热系数没有关系，即导热系数只影响热流量，而不影响温度场。
3． 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。
4． 两滴完全相同的水珠分别落在120℃和400℃的铁板上，哪一滴先汽化掉，说明原因。
【答案】落在120℃铁板上的水珠先汽化。因为120℃铁板上的水珠在核态沸腾区换热强，400℃铁板上的水珠位于稳定膜态沸腾，热量要经过热阻较大的气膜，换热系数非常小。
5． 非稳态导热采用显式格式计算时会出现不稳定性，试述不稳定性的物理含义。如何防止这种不稳定性？
【答案】（1）不稳定性的物理含义是指在显式格式离散方程中，后一时刻的温度取决于前一
时刻的温度，同一节点温度前的系数有出现负值的可能性。如果出现负值，就意味着该点温度在前一时刻温度越高，则后一时刻温度将越低，甚至会出现比周围节点温度还要低的现象，这违背了热力学第二定律。
（2）为防止这种导致数值计算不稳定性的现象发生，要求空间网格
和时间网格
的选取
必须满足一定的条件，从而使同一节点的离散系数不出现负值。
6． 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。
7． 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
；②另一方面太阳灶要求本身辐射出去的能量要尽量少，而太阳灶本身收可见光（属于短波辐射）
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。
8． 试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？（以暖气片管内走热水为例）。
【答案】（1）有以下换热环节及传热方式:由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热；由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热； （强制对流）
（2）由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
二、计算题
9． 如图所示，为了得到热水，导热系数为
附注：
的水蒸气在管外凝结，其表面传热系数
冷却水在盘管内流动，流速为0.8m/s，黄铜管外径为18mm ，壁厚为1.5mm ，
盘管的弯曲半径为90mm 。冷水进换热器时的温度为25℃，加热到
95℃。试求所需的换热面积及盘管长度。不计管内入口效应修正及温差修正。
（1）管内湍流强制对流换热实验关联式为：冷却
（
）。
2
）
60
℃
时
水
的
（流体被加热
物
性
流体被
：
（3）弯管修正系数：
图
【答案】（1）求管内表面传热系数。 定性温度：查物性可知
，则
为揣流。因此有：
（2）传热量：
（3）对数平均温差：（4）传热系数：
（5）换热面积及管长：
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