专升本《工程传热学》试卷答案
专升本《工程传热学》
一、（共18题,共156分）
1. 说明得出导热微分方程所依据的基本定律。（8分）
标准答案：能量守恒方程和傅利叶定律。
2. 写出肋效率的定义。对于等截面直肋，肋效率受哪些因素影响？（8分）
标准答案：
3. 在液体沸腾过程中一个球形汽泡存在的条件是什么?为什么需要这样的条件? （8分）
标准答案：在液体沸腾过程中一个球形汽泡存在的条件是液体必须有一定的过热
度。这是因为从汽泡的力平衡条件得出，只要汽泡半径不是无穷大，蒸汽压力就大于液体压力，它们各自对应的饱和温度就不同有；又由汽泡
热平衡条件有，而汽泡存在必须保持其饱和温度，那么液体温度,即大于其对应的饱和温度，也就是液体必须过热。
4. 什么是速度边界层？动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？（8分）
标准答案：流体流过壁面时流体速度发生显著变化的一个薄层。
动量方程得以在边界层中简化，必须存在足够大的Re 数，也就是具有的数量级。
此时动量扩散项才能够被忽略。从而使动量微分方程变为抛物型偏微分方程，成为可求解的形式。
5. 在导热过程中产生了Bi数，而在对流换热过程中产生了Nu数，写出它们的物理量组成，并指出它们之间的差别是什么？（8分）
标准答案：从物理量的组成来看，Bi 数的导热系数为固体的值，而Nu 数的则为流体的值；Bi数的特征尺寸Ls在固体侧定义，而Nu数的Lf则在流体侧定义。从物理意义上看，前者反映了导热系统同环境之间的换热性能与其导热性能的对比关系，而后者则反映了换热系统中流体与壁面地换热性能与其自身的导热性能的对比关系。
6. 外径为50mm，表面温度为180的圆筒，在它的外面用导热系数为
0.14W/的保温材料包扎起来，保温材料的厚度为30mm。要求外表面温度小于60，试计算每米管道的散热量。如果将保温材料换成导热系数为0.034
W/的保温材料，导热量同上，其它条件也不变。试计算新保温材料的厚度。（12分）
标准答案：
7. 针对如下导热微分方程写出方程各项的含义，并说明得出导热微分方程所依据的基本定律? （8分）
标准答案：
导热微分方程所依据的基本定律是傅里叶定律和导热微分方程。
8. 写出Bi数的定义式并解释其意义。在Bi0的情况下，一初始温度为t0的平板突然置于温度为的流体中冷却（如图1），粗略画出τ=τ1>0和时平板附近
的流体和平板的温度分布。（8分）
标准答案：反映了导热系统同环境之间的换热性能与其导热性能的对比关系。
9. 写出如下完全的能量微分方程各项的含义。与完全的能量微分方程相比，边界层能量方程重要的特点是什么? 完全的能量微分方程：
（8分）
标准答案：与完全的能量方程相比，此时主流方向扩散项被忽略。从而使能量微分方程变为抛物型偏微分方程，上游影响下游，而下游不影响上游。
10. 写出格拉晓夫数Gr的定义式，解释其物理意义，并说明它一般用于计算哪种形式的换热？（8分）
标准答案：
其物理意义反映了流体温差引起的浮升力导致的自然对流流场中的流体惯性力与其黏性力之间的对比关系。
用于自然对流计算。
11. 按照基尔霍夫定律的要求，物体表面的黑度等于其吸收率应该在什么条件下成立？灰体是否需要这些条件？（8分）
标准答案：按照基尔霍夫定律的要求，物体表面的黑度应等于其对同温度的黑体辐射的吸收率，条件就是，发射体为黑体，且温度与吸收体的温度相同。由于灰体是单色吸收率为常数的物体，那么它对来自不同温度的如何物体都有相同的吸收率，因而是无条件具有黑度等于其吸收率。
12. 直径为57mm的管道，管道外表面温度为100，将它用导热系数为
的石棉硅藻土材料保温。保温后保温层外表面温度不超过40，每米管道最大热损失不超过70W，试问该保温层材料至少有多厚？（14分）标准答案：
13. 导热系数和热扩散系数各自从什么公式产生？它们各自反映了物质的什么特性？并指出它们的差异？（8分）
标准答案：导热系数是从傅立叶定律定义出来的一个物性量，它反映了物质的导热性能；
热扩散系数是从导热微分方程式从定义出来的一个物性量，它反映了物质的热量扩散性能，也就是热流在物体内的渗透的快慢程度。两者的差异在于前者是导热过程的静态特性量，而或者则是导热过程的动态特性量，因而热扩散系数反映的是非稳态导热过程的特征。
14. 写出毕渥数Bi 的定义式并解释其意义各代表什么样的换热条件。（8分）
标准答案：是物体内部的导热热阻和表面的对流热阻的比值。
表明物体内部的导热热阻很小，物体内部温度近似均匀，这时可用集总参数法分析非稳态导热。
表明物体表面的对流热阻很小，物体表面温度近似为周围流体的温度，是第一类边界条件。
15. 边界层动量方程的形式为，试指出公式各项的物理意义？这是什么类型的偏微分方程，其物理特征如何？（8分）
标准答案：方程左边为惯性力项，右边分别为压力项和粘性力项。这是抛物线性偏微分方程，特点是上游影响下游，下游不影响上游。
16. 流体在两平行平板间作层流充分发展的对流换热。在流动充分发展段某截面上
的流体温度分布剖面图如右图示。试说明：
（8分）
标准答案：(1)流体是被冷却。因为流体的温度比壁面温度高。
(2)上侧壁面处的热流密度绝对值要大。因为上侧壁面附近流体的温度变化剧烈一些，即温度梯度大。
17. 什么是物体表面的黑度，它与哪些因素相关?什么是物体表面的吸收率，它与哪些因素相关?它们之间有什么区别? （8分）
标准答案：物体表面的黑度被定义为物体表面的辐射力与其同温度下黑体辐射的辐射力之比，它与物体的种类、表面特征及表面温度相关。物体表面的吸收率是表面对投入辐射的吸收份额，它不仅与物体的种类、表面特征和温度相关，而且与投入辐射的能量随波长的分布相关，也就是与投入辐射的发射体的种类、温度和表面特征相关。比较两者的相关因素不难看出它们之间的区别，概括地说黑度是物体表面自身的属性，而吸收率确不仅与自身有关情况有关还与外界辐射的情况紧密相连。
18. 初始温度为700，直径为5mm的钢珠，突然浸入温度为100，表面传热系数为的流体中冷却。试计算钢珠温度降到150所需要的时间。
（14分）
标准答案：