2021年重庆大学能源与动力工程学院837传热学一考研核心题库之简答题精编

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一、2021年重庆大学能源与动力工程学院837传热学一考研核心题库之简答题精编

1．何谓漫-灰表面？将实际表面视为漫-灰表面有何实际意义？

【答案】漫射表面指服从兰贝特定律(定向辐射强度与方向无关的规律)的表面。

灰体表面指光谱吸收比与波长无关的物体表面。

漫-灰表面指具有漫辐射性质的灰体表面。

漫-灰表面是一种理想表面，对其可直接应用基尔霍夫定律、兰贝特定律和斯忒藩-玻耳兹曼定律等基本定律和角系数的概念进行辐射传热计算。大多数工程材料的表面可近似作为漫-灰表面处理，这种简化处理给辐射传热的分析与计算带来很大的方便。

2．为什么在定义物体的辐射力时要加上“半球空间”及“全部波长”的说明？

【答案】任意微元表面均可将空间划分为对称的、该表面之上和之下两部分，每一部分都是以该表面为中心的球空间的一半，即一个半球空间。该表面只能向其上的半球空间发出辐射，也只能接收来自该半球空间的辐射能。所以定义物体的辐射力时要加上“半球空间”的说明。热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的，由于微观粒子的热运动状态普遍性，由其改变而激发出来的电磁波波长可以覆盖整个电磁波谱，即波长从零到无穷大。所以定义物体的辐射力时要加上“全部波长”的说明。

3．以暖气片管内走水为例，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？

【答案】暖气片散热有以下换热环节和热传递方式：

(1)由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；

(2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为传导传热；

(3)由暖气片外壁到室内环境和空气，热传递方式有辐射传热和对流传热。

4．请说明在换热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响，如何防止。

【答案】从传热系数或传热热阻角度分析。在换热设备中，水垢、灰垢的存在将使系统中导热热阻大大增加，减小了传热系数，使换热性能恶化，同时还使换热面易于发生腐蚀，并减小了流体的流通截面，较厚的污垢将使流动阻力也增大。此外，热流体侧壁面结垢，会使壁面温度降低，使换热效率下降，而冷流体侧壁面结垢，会导致壁温升髙，对于换热管道，甚至造成爆管事故。防止结垢的手段有定期排污、清洗、清灰，加强水处理，保证水质，采用除尘、吹灰设备等。

5．什么是接触热阻？减少固体壁面之间的接触热阻有哪些方法？

【答案】材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻，称为接触热阻，接触热阻的存在使相邻的两个表面产生温降(温度不连续)。接触热阻主要与表面粗糙度、表面所受压力、材料硬度、温度及周围介质的物性等有关，因此可以从这些方面考虑减少接触热阻的方法，此外，也可在固体接触面之间衬以导热系数大的铜箔或铝箔等以减少接触热阻。

6．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。

7．为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式？

【答案】(1)因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。

(2)但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。

(3)所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。

8．请写出传质过程Sherwood数Sh的表达式，并解释其物理含义。

【答案】壁面上的无量纲温度梯度。

9．用套管温度计测量容器内的流体温度，为了减小测温误差，套管材料选用铜还是不锈钢？

【答案】由于套管温度计的套管可以视为一维等截面直肋，要喊小测温误差(即使套管顶部温度尽量接近流体温度)，应尽置减小沿套管长度流向容器壁面的热量，即增大该方向的热阻。所以，从套管

材料上说应采用导热系数更小的不锈钢。

10．为什么称大容器饱和沸腾中的临界热流为沸腾危机或烧毁点？

【答案】在实际工程中，加热过程中，锅炉炉膛、核反应堆堆芯等所产生的热流密度达到临界热流密度后，壁面温度(过热度)继续升高时，一般不可能如过渡沸腾阶段所要求的迅速下降。一旦超过CHF，将保持热流密度值而使壁面温度急剧上升，直接进入稳定膜态沸腾的工况。这时壁面温度上升幅度会超过上千摄氏度，很少有哪种材料可以承受得住如此高温或如此急剧的温变，从而导致壁面烧毁(金相组织变化→蠕变→变形→破坏→事故)故称为沸腾危机或烧毁点。

11．用准则方程式计算管内紊流对流换热系数时，为什么对短管箱要进行修正(即使用管长修正系数进行修正)。

【答案】(1)在入口段，边界层有一个形成的过程，一般由薄变厚，

(2)边界层的变化引起换热系数的变化，一般由大变小，考虑到流型的变化，局部长度上可有波动，但总体上在入口段的换热较强(管长修正系数大于1)。

(3)当1/d＞50(或60)时，短管的上述影响可忽略不计。当1/d＜50(或60)时，则必须考虑入口段的影响。

12．试说明“无限大”平板的物理概念，并举出一两个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题。

【答案】所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度，从边缘交换的热量可以忽略不计，当

平板两侧换热均匀时，热量只垂直于板面流动。如薄板两侧均匀加热或冷却、炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。

13．请简述玻璃温室保暖的原理。

【答案】玻璃对热辐射有选择性透射的持性，对太阳短波辐射的透射率较大，而对室内物体的长波辐射基本不透射，故有温室效应。

14．试分析保温瓶瓶胆的热量散失途径，并指出在制造胆瓶时采用了哪些措施来减少热损失。

【答案】热量散失的途径:①通过瓶塞的导热;②通过夹层的辐射换热；③通过石棉粒的导热。通过夹层的导热可以不计。

采用的措施:①夹层内涂壁以反射率高的薄层；②夹空层真空。

15．试比较竖壁表面与膜状凝结的异同。

【答案】(1)都是竖直表面与流体的换热，自然对流主要作用力是浮升力和粘性力，膜状凝结主要作用力是重力和粘性力。

(2)都存在层流和湍流两种流态，其中自然对流是气体的流动状态；膜状凝结指的是液膜中凝结液的流状态。

16．在电厂动力冷凝器中，主要冷凝介质是水蒸气，而在制冷剂(氟里昂)的冷凝器中，冷凝介质是氟里昂蒸气。在工程实际中，常常要强化制冷设备中的凝结换热，而对电厂动力设备一般尤需强化。试从传热角度加以解释。

【答案】相变对流换热主要依靠潜热传递热量，而氟里昂的汽化潜热只有水的约1/10,因此电厂动力冷凝器中水蒸气的凝结表面传热系数很大，凝结侧热阻不占主导地位。而制冷设备中氟里昂蒸气的凝结换热表面传热系数较小，主要热阻往往在凝结侧，因而其强化就有更大现实意义。

17．导热问题的第三类边界条件与对流换热微分方程的表达式的含义有什么区别？

【答案】

在换热方程中，h是未知量，是局部表面传热系数，是流体的导热系数；.

在第三类边界条件中，h是已知量，是平均表面传热系数，是固壁的导热系数。

18．请列举强化空气-水换热器传热的两种途径？

【答案】空气-水换热器的主要热阻在气侧，所以强化换热主要应从气侧入手。当空气在管外流动时，可在管外加装肋片。当空气在管内流动，而气侧压降有较大余量时，可提高气体流速，也可采用螺纹管强化换热。

19．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?为什么？

【答案】根据基尔霍夫定律的要求，物体表面的黑度应等于其同温度下的黑体辐射的吸收率，因此，条件为发射体为黑体，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几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。