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2009-10-4 传热学复习题及答案 一：简答题 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光（黄、绿、蓝等）的光谱发射率高”。你认为这种说法正确吗？为什么？ 答：不正确。因为常温下物体呈现的颜色是由于物体对可见光中某种单色光的反射造成的。红色物体正是由于物体对可见光中的黄、绿、蓝等色光的吸收比较大，反射比较小，而对红光的吸收比较小，反射比较大所致。根据基尔霍夫定律，，可见红光的光谱发射率较其他单色光的光谱发射率低而不是高。 一块厚度为的大平板，与温度为的流体处于热平衡。当时间时，左侧流体温度升高并保持为恒定温度。假定平板两侧表面传热系数相同，当时，试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温度，画出相应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。 答：时，内热阻→0， 3.在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s。从传热学角度，你认为此值可信吗？ 答：根据时间常数的定义，，在一定条件下，可以认为是常数，但表面传热系数h却是与具体过程有关的过程量，与测温元件安装的具体环境的换热条件有关。因此，对该说明书上标明的时间常数值要进行具体分析，不能盲目相信。 4.什么是灰体？在工程辐射换热计算中引入灰体概念有何意义？ 答：在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。 实际物体的吸收比均与投入辐射的波长有关，这一特性给工程辐射换热的计算带来很大的不便。而工业上通常遇到的热辐射，其主要波长区段位于红外线范围内。在此范围内，把大多数工程材料当作灰体处理引起的误差还是可以容许的，因而这种简化处理给工程辐射换热计算带来了很大的方便。 5.试述强化管内对流换热常采用的方法，并简述理由。 答：强化管内流体对流换热常采用的方法有很多种，如增加流速、采用内肋管、弯管、内螺纹管、内壁面带周向环状突出物的管子、扭曲管等。另外，还可以采用短管，小直径管和增加壁面粗糙度的方法。 这是由于管内对流换热的热阻主要在边界层，因而边界层的状态直接影响到管内的对流换热。强化管内对流换热的突破口即在于减薄或破坏温度边界层，同时改变流体的物性也有助于强化换热。 6.对流换热微分方程 y=0与导热问题中的第三类边界条件表达式有何不同之处。 答：对流换热微分方程中的为流体的导热系数，为近壁流体的温度梯度，而导热问题中的第三类边界条件表达式中为导热固体的导热系数，为近壁固体的温度梯度。 7.气体辐射有何特点？气体能看作灰体吗? 答：气体辐射有何特点 气体辐射对波长具有选择性。 气体辐射和吸收是在整个容器中进行的，与气体在容器中的分子数目及容器形状和容积等有关。 由于气体辐射对波长具有选择性，所以气体不能作为灰体。 8.试根据速度边界层和热边界层的概念，用数量级分析的方法，从对流换热的能量微分方程导出二维稳态、常物性、不可压缩流体外掠平板层流边界层流动时的边界层能量微分方程。 答：能量方程为 边界层内、、为同一量级，即、、，而边界层则属于小的量级即、。于是有 量级 其中具有的量级应如下理解:等号两边应有相同的量级，如果不具有量级，则括号内产生一个很大量级的项。为使等号后面的量级为，故 右端括号内两项相比显然，边界层能量微分方程为： 9.管内对流换热为什么采用小直径管可以起到强化换热的作用？试用充分发展湍流公式Nuf=0.023Ref0.8Prf0.4解释之。 答：将表达式中个准则数展开，并整理可得： 由上式可以看出，表面对流换热系数h与直径的0.2次方成反比，因此在条件允许时，尽量采用小直径管来强化换热。 10. 什么是角系数？对于非黑体之间的辐射，角系数成为纯几何量的条件是什么？ 答：把从表面1发射的辐射能中落到表面2上的百分数，称为表面1对表面2的角系数。 角系数成为纯几何量的条件是: ① 所研究的表面为漫射体；② 表面的辐射热流均匀。 11.由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗? 答：由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中确有可能包括导热系数（如第二或第三类边界条件）。因此上述观点不正确。 12.试说明Fo数和Bi数的定义式及其物理意义；（5分） 答：非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。 (2.5分) 固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比。 (2.5分) 13.试说明串联热阻叠加原理在什么前提下成立？；（5分） 答：串联热阻叠加原理应用的前提条件： 稳态导热 (2.5分) 2）无内热源