0.2　 名校考研真题详解

一、简答题

1．比较分析热对流和对流换热的区别和联系。[武汉科技大学2016研]

答：区别和联系：

（1）热对流是流体微团宏观运动引起的热量传递，它是热量传递的基本方式之一。

（2）对流换热是流体流过固体表面并与固体表面进行的热量传递过程，它不是热量传递基本方式，是包含热传导和热对流的复杂传热过程。

2．试指出导热系数λ、对流换热表面传热系数h及传热过程传热系数k的区别。[重庆大学2012研]

答：（1）导热系数λ

在数值上等于单位温度梯度作用下物体内所产生的热流密度矢量模，表达式，单位为W/（m·K），是表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数。它取决于物质的种类和温度等因素。

（2）对流换热表面传热系数

单位温差作用下的热流密度，表达式，单位为W/（m²·K），表征对流传热的强弱。它不仅取决于物体的物性（导热系数λ、黏度η、密度ρ、比热容c_p等），还与换热表面的形状、大小、布置和流体的流速有关。

（3）传热过程传热系数

热量由固体壁面一侧的流体通过壁面传递到另一侧流体的过程称为传热过程，传热过程中各部分面积热阻之和的系数称为传热系数，表达式 （相对于平板两侧的传热），单位为W/（m²·K）。k值越大，则传导过程越强，反之则越小。其大小不仅取决于参与传热过程的两种流体的种类，还与过程本身有关（如流速的大小、是否有相变等）。如果需要计及流体与壁面间的辐射传热，上述计算式中的表面传热系数h₁、h₂应取复合换热表面传热系数，包含由辐射传热折算出来的表面传热系数在内。

3．一名游泳者刚从游泳池上来，其皮肤上有一层水，如果是阴天且有风，试分析其皮肤上所发生的所有传热过程；用传热学知识解释为什么这时会比皮肤完全干时感觉要冷得多？如果正在这时太阳出来了，发生在他身上的传热过程又会怎么样？[重庆大学2012研]

答：（1）其皮肤上所发生的所有传热过程：皮肤与水膜对流换热，水膜导热，水膜外表面与空气的对流换热，还有皮肤对环境的辐射换热。

（2）此时比皮肤完全干时感觉要冷得多的原因：由于空气不饱和使得水膜有较强的蒸发能力，相变换热的表面传热系数比非相变换热系数要高两个数量级，所以这时感觉会比皮肤完全干时要冷得多。

（3）太阳出来后，对水膜和皮肤表面进行辐射时，水的蒸发由太阳辐射补偿，感觉要暖和得多。

4．辐射传热的特点，并写出太阳底下打伞不热的原理。[东南大学2013研]

答：（1）辐射传热的特点

①热辐射无需任何介质，可以在真空中传播；

②在辐射传热过程中，不仅存在能量的转移，还伴随着能量形式的转换；

③辐射传热是一种双向传热过程，即不仅高温物体向低温物体辐射热能，而且低温物体也向高温物体辐射热能；

④物体的发射和吸收特性不仅与自身温度及表面状况有关，而且还随发射的波长和方向而异，因而更复杂。

（2）太阳底下打伞不热的原理：伞起到了遮热板的作用。在太阳对人的辐射传热过程中，打了伞就相当于加了两个表面辐射热阻和一个空间辐射热阻，使辐射过程的总热阻增大，系统黑度减小，大大降低了辐射换热量。

二、计算题

1．用铬镍钢钢板（导热系数）制作内外直径分别为0.5m及0.6m的球罐，里面装满了具有放射性的化学废料，废料体积发热率为q_V＝120kW/m³。将该球罐置于30℃的水流中冷却，假设球罐表面传热系数，试求在稳定工况条件下：

（1）球罐外表面散热量；

（2）球罐外表面温度；

（3）球罐的内表面温度。

球壳导热公式为。[武汉科技大学2016研]

解：球罐的容积为：

总发热热流为：

由牛顿冷却公式可知

球壳的外表温度：

由球壳导热公式可知球壳内表面温度

2．有一个透明的薄膜型加热器件贴在汽车玻璃窗内表面上以消除雾气，通电加热时，玻璃内表面上有均匀热流密度。当车内空气温度为t_f1＝25℃时，表面传热系数为h₁＝9W/（m²K）。车外环境空气温度为t_f2＝－10℃，表面传热系数为h₂＝65W/（m²k）。车窗玻璃厚为δ＝4mm，导热系数为λ＝1W/（mK）。试确定：（1）如果要维持车窗内表面温度为t_w1＝15℃，车窗单位面积所需加热功率q_w是多少？（2）如果不加热，车窗内表面温度又是多少？[重庆大学2013研]

解：（1）加薄膜后，通过车窗的热流密度为

车窗内对流换热的热流密度为

故此时车窗单位面积所需加热功率为

（2）不加薄膜时，通过车窗的热流密度为

此时车窗内对流换热的热流密度为，故此时车窗内表面温度