2021年武汉理工大学能源与动力工程学院876工程热力学及传热学(一)考研核心题库之传热学简答题精编

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一、2021年武汉理工大学能源与动力工程学院876工程热力学及传热学（一）考研核心题库之传热学简答题精编

1．在大气压下将同样的两滴水滴在表面温度分别为和的锅上，试问滴在哪种锅上的水先被烧干？为什么？

【答案】在大气压下发生沸腾换热时，上述两个水滴的过热度分别是和

，由大容器饱和沸腾曲线，前者表面发生的是核态沸腾，后者发生膜态沸腾。虽然前者传热

温差小，但其表面传热系数大，所以表面热流反而大于后者。所以水滴滴在的锅上先被烧干。后者可以看见水滴在锅底上跳跃——汽膜产生时的剧烈膨胀作功将水滴抛向空中。

2．什么叫非稳态导热的正规状况阶段或充分发展阶段？这一阶段在物理过程及数学处理上都有些什么特点？

【答案】非稳态导热过程进行到一定程度，初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍随时间变化，但过余温度的比值已经与时间无关,只是几何位置和边界条件(Bi数)的函数，亦即无量纲温度分布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充分发展阶段。这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。

3．什么叫换热器的顺流布置和逆流布置？这两种布置方式有何特点？设计时如何选用？

【答案】从顺、逆流布置的特点上加以论述。冷、热流体平行流动且方向相同称为顺流，换热器顺流布置具有平均温差较小、所需换热面积大、具有较低的壁温、冷流体出口温度低于热流体出口温度的特点。冷、热流体平行流动但方向相反称为逆流，换热器逆流布置具有平均温差大、所需换热面积小、具有较髙壁温、冷流体出口温度可以高于热流体的出口温度的恃点。设计中，一般较多选用逆流布置，使换热器更为经济、有效，但同时也要考虑冷、热流体流道布置上的可行性，如果希望得到较高的壁面温度，则可选用逆流布置，反之，如果不希望换热器壁面温度太高，则可以选择顺流布置，或者顺、逆流混合布置方式。

4．试写出毕渥数和努塞尔数的表达式，并叙述其物理含义。

【答案】毕渥数，是固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比。其中是固体的导热系数。

努赛尔数，是壁面上流体的无量纲温度梯度。其中是流体的导热系数。

5．空气横掠管朿时，沿流动方向管排数越多，换热越强，而蒸气在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管束排数越多,换热强度降低。试对上述现象做出解释。

【答案】空气外掠管束时，沿流动方向管排数越多，气流扰动增加，换热越强。而蒸气在管束外凝结时，沿液膜流动方向排数越多，凝结液膜越来越厚，凝结传热热阻越来越大，因而换热强度降低。

6．对于无限大平板内的一维导热问题，试说明在三类边界条件中，两侧边界条件的哪些组合可以使平板中的温度场获得确定的解？

【答案】

两侧面的第一类边界条件;一侧面的第一类边界条件和第二类边界条件;一侧面的第一类边界条件和另一侧面的第三类边界条件;一侧面的第二类边界条件和另一侧面的第三类边界条件。

7．黑体具有什么样的性质?

【答案】黑体的性质:(1)同温度下辐射力最大;(2)吸收比为1;(3)其辐射力与绝对温度的四次方成正比;(4)单色辐射力服从普朗克定律;(5)定向辐射强度与方向天关。

8．非稳态导热采用显式格式时计算时会出现不稳定性，试述不稳定性的物理含意。如何防止这种不稳定性？

【答案】在非稳态导热方程离散时，若在方程推导过程中温度对时间的一阶导数采用向前差分时，在离散方程系数中出现负值的可能性。因出现负值，该点温度在上一时刻温度越高，则下一时刻温度将越低，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。为防止这种导致数值计算不稳定性的现象发生，则要求空间网格和时间网格的选取必须满足一定的条件，从而使离散系数中不出现

负值。

9．重辐射表面是指什么样的表面？从物理本质上讲，能否认为它就是反射率的表面？为什么？

【答案】重辐射表面是辐射换热过程中表面温度未定而净得辐射传热量为零的表面。不能认为重辐射表面就是的表面。因为反射比是指外界投入到物体表面上的总能量中被物体反射的部分与的比值。意味着外界投入到物体表面的总能量全部被反射出来.此时物体表面的净辐射传热量来必为零.不

满足重辐射表面的定义。

10．如图所示的真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出①，②，③3处中何处定向辐射强度最大？何处辐射热流最大？假设①，②，③处对球心所张立体角相同。

【答案】由黑体辐射的兰贝特定律知，定向辐射强度与方向无关。故。而三处对球心立体角相当，但与法线方向夹角不同，。所以①处辐射热流最大，③处最小。

11．为强化传热，可采取哪些具体措施？

【答案】一是增大传热温差:提高热源温度、降低冷源温度、尽量接近逆流流程；

二是减小传热热阻:选择合适的材料及传热壁厚度以降低导热热阻;减少污垢热阻(通过流程设计、清洗和吹灰);提高流速、采用短管、小管、螺旋管等以降低对流换热热阻;在传热表面肋化以扩展传热面积;应用热管换热器;增加表面黑度和辐射角系数以降低辐射换热热阻等。

12．换热器效能的定义和物理意义是什么？

【答案】。式中，分母为流体在换热器中可能发生的最大温度差值，而分子则为冷流

体或热流体在换热器中的实际温度差值中的大者。从定义式可知，效能ε表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比。

13．比较顺流式与逆流式换热器的优缺点。

【答案】在相同的进、出口温度条件下，逆流的平均温差比顺流的平均温差大，顺流时冷流体的出口温度总是低于热流体的出口温度，而逆流时却可大于，这是其优点。但逆流也有缺点，即热

流体和冷流体的最高温度和都集中在换热器的同一端，使得该处的壁温特别髙。对于高温换热器来说，这是应注意避免的。

14．试说明历数的物理意义。及各代表什么样的换热条件？有人认为代表了绝热工况,你是否赞同这一观点，为什么？

【答案】Bi数是物体内外热阻之比的相对值。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求解；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。认为代表绝热工况是不正确的，该工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工況下边界热阻无限大。

15．黑体表面与宽辐射面相比，均有。这是否意味着黑体表面与重辐射面具有相同的性质？

【答案】虽然黑体表面与重辐射面均具有的特点，但二者具有不同的性质。黑体表面的温度不依赖于其他参与辐射的表面，相当于源热势。而重辐射面的温度则是浮动的，取决于参与辐射的其他表面。

16．在同样的三九时期，同样的无风的夜晚，晴朗的星空与乌云密布的暗夜相比，哪个更冷？使用传热学的原理说明。

【答案】同样的三九天气，气温应当差不多，由于地面比太空温度高得很多，地面将向太空放热，因为无风，对流很弱，所以放热主要依赖于辐射换热。乌云遮断了地表与太空之间的直接辐射换热(乌云是由微小水滴构成的)，从而可保持住地表热量。因此，晴朗的夜空比乌云密布的暗夜更冷。

17．有人认为:“因为对流换热的强度只取决于贴壁面处的温度梯度，那么流体温度场不会影响换热的强度”。请判断这一说法的正确性,并说明理由。

【答案】此说法是不正确的。根据牛顿冷却公式和傅立叶导热定律，对流换热的热流量：

流体的温度场不同，壁面处流体的温度梯度就不同，对流换热系数也不同。流体温度场还影响流体的物性参数，如导热系数、比热和密度等。

18．在计及入口效应时，管内流动时的入口效应修正系数大于1，而流体横掠管束时的总管排修正系数却小于1，为什么？

【答案】对管内流动：由于入口效应,入口段热边界层较薄，表面传热系数较高，因而要乘以大于1的长度修正系数；而对流体横掠管束的流动，管排数越少，后排管束的扰动减小，因而应乘以小于1的修正系数。

19．为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著。试分析原因。

【答案】冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，故效果不显著。