2017年上海交通大学密西根学院810传热学考研仿真模拟题

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2017年上海交通大学密西根学院810传热学考研仿真模拟题（一） (2)

2017年上海交通大学密西根学院810传热学考研仿真模拟题（二） (9)

2017年上海交通大学密西根学院810传热学考研仿真模拟题（三） (16)

2017年上海交通大学密西根学院810传热学考研仿真模拟题（四） (23)

2017年上海交通大学密西根学院810传热学考研仿真模拟题（五） (30)

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2017年上海交通大学密西根学院810传热学考研仿真模拟题（一）

说明：①本资料为VIP学员内部使用，严格按照2017考研最新题型及历年试题难度出题。——————————————————————————————————————————一、简答题

1．管内受迫对流换热时，对于横管和竖管中流体被加热和被冷却，自然对流的影响各有什么不同？什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响？

【答案】（1）对于横管，流体不管被冷却还是被加热，都将有利于换热。因为当横管中流体被冷却时，由于管心温度高于管壁，将形成管心向上而沿管壁向下的垂直于受迫流动方向的环流；而当横管中流体被加热时，由于管心温度低于管壁，将形成由管心向下而沿管壁向上的垂直于受迫流动方向的环流；由于都形成了环流，加强了边界层的扰动，所以都将有利于换热。

对于竖管，当流体向上流动时，如果流体被冷却，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反，这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热；如果流体被加热，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热。当流体向下流动时，则自然对流对换热的影响与流体向上流动正好相反。如流体被冷却，则自然对流与受迫对流同向，有利于换热；如果流体被加热，则在管中心受迫对流与自然对流同向，而靠近壁面处两者方向相反。这样管中心的速度比原来的大，而管壁面处则比原来的小，不利于换热。

（2）至于什么情况下应考虑自然对流对受迫对流的影响，可通过惯性力和浮升力数量级的对比进行判断，一般，当时，就应考虑自然对流的影响。

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

【答案】（1）不稳定性的物理含义是指在显式格式离散方程中，后一时刻的温度取决于前一时刻的温度，同一节点温度前的系数有出现负值的可能性。如果出现负值，就意味着该点温度在前一时刻温度越高，则后一时刻温度将越低，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。

（2）为防止这种导致数值计算不稳定性的现象发生，要求空间网格和时间网格的选取必须满足一定的条件，从而使同一节点的离散系数不出现负值。

3．写出格拉晓夫准则（数）的表达式及物理意义。

【答案】表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小。

4．扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么?有人认为只要扩展表面细长，就可按一维问题处理，你同意这种观点吗？

【答案】（1）扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是扩展表面细长，且导热系数大；

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第 3 页，共 35 页 （2）不同意，表面传热系数相对较小的条件下（）才可以按一维问题来处理。

5． 蒸气中含有不凝结性气体，对膜状凝结换热有何影响？为什么？

【答案】蒸气中含有不凝结性气体，会使得膜状凝结换热表面传热系数大大减小。

原因:蒸气中含有不凝结性气体，在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增加，蒸气抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力；同时蒸气分压力的下降，使相应的饱和温度下降，

减小了凝结的动力

也使得凝结过程削弱。

6． 简述气体辐射的特点。 【答案】气体辐射对波长有选择性；气体辐射和吸收是在整个容积中进行的。

7． 发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情形下可以按一维问题来处理？

【答案】（1）两端面绝热，圆周方向换热条件相同时，可以认为温度场只在半径方向发生变化；

（2）圆周面绝热，两端面上温度均匀，可以认为温度场只在轴向发生变化。

8． 钢铁表面约500℃,表面看上去为暗红色；当表面约1200℃时，看上去变为黄色，这是为什么？

【答案】根据普朗克定律所揭示的关系

，随着温度的升高，辐射能量中可见光所占份额相应增加所至。

9． 试述数和数的区别。

【答案】数中的为流体的导热系数，

为影响边界层厚度的几何尺寸。数中的为物体的导热系数，为固体壁（如壁厚等）的某一尺寸；数反映靠近壁面流体层

的导热热阻与对流换热热阻的相对大小；

数反映物体内部的导热热阻与外部的换热热阻之间的相对大小。

10．为什么用普朗特数

可以定性地判断流体外掠平板时的速度边界层和温度边界层的相对厚度？

【答案】普朗特数分子表征了流体由于分子运动而扩散动量的能力，这一能力越大，粘性的影响传递的越远，速度边界层越厚；分母则表征了热扩散的能力，因此，两者相比，基本上可以反映边界层的相对厚度。

11．若严冬和盛夏时室内温度均维持20℃，人裸背站在室内，其冷热感是否冬夏相同？

【答案】不相同。人体与周围环境的热交换包括对流换热和辐射换热。（1）对流换热，本题可认为对流换热量冬夏差别不大，因为人体温度冬夏基本相同，室内空气温度相同，其自然对流

第 4 页，共 35 页 换热系数及换热温差相同，因此对流换热量基本相同；（2）辐射换热，辐射换热量冬夏差别较大，因为冬季围护结构温度比夏季要低得多，因此冬季人体通过辐射散热量要大于夏季，当严冬和盛

夏时室内温度均维持20℃，人裸背站在室内，其冷热感冬夏是不同的，冬季会有明显更冷的感觉。

12．为什么白天从远处看房屋的窗孔有黑洞洞的感觉？

【答案】因为房屋尺寸比窗口尺寸大得多，外界通过窗口投射到房屋的能量，经房屋内壁多次吸收和反射，再经窗口射出的能量就比较小了，所以白天从远处看房屋窗孔就有黑洞洞的感觉。如果窗口足够小，就是人工黑体模型。

二、计算题

13．已知换热器内热流体为2程流动，冷流体为1程流动，说明图 所示各形式哪些是可实现的？冷、热流体各是什么过程？

图1 换热器内温度分析图

【答案】首先要分析换热器流体温度变化规律。无论是顺流或逆流，在换热器任一微元换热面积dA 内，由热量平衡关系，热流体温升数值可按下式计算:

A O —沿长度方向单位管长时的换热面积。

故热流体温度变化率:

同理，冷流体温度变化率:

在换热器中冷热流体呈顺流的部分，

时，故，故温度曲线的形状如图2所示。在换热器中冷热流体呈逆流的部分，如图3所示，因

时

，故，故从进口到出口，温度曲线的斜率绝对值均是从小变大，曲线

由平缓变得陡峭，热流体温度曲线的形状如图3所示。 根据上述分析，问题中只有图1（c ）和（e ）中流动温度变化趋势完全符合逆流、顺流时规律，因而图1（c ）和（e ）是可实现的。具体流动形式是图1（c ）中热流体无相变换热，冷流体是蒸发过程；图1（e ）中热流体在第一程内是凝结换热，第二程内是液体过冷的过程；冷流体是蒸发过程。

图1（a ）、（b ）和（d ）均不能实现，因为其中的顺流或是逆流，沿流动方向的温度变化不符合所述分析。

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