大连理工大学843传热学考研历年真题汇总分类——简答题03

843传热学简答题03大连理工大学12.写出傅里叶定律的一般表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。答：傅里叶定律的一般表达式为：tqgradtnn其中𝑞⃑是热流密度矢量；λ为导热系数，表示物质导热本领的大小；gradt是空间某点的温度梯度；𝑛⃑⃑是通过该点的等温线上的法向单位矢量；”-“号表示热量沿温度降低的方向传递。13.导热系数能为负吗，为什么？答：不能。导热系数是物性参数，它的数值取决于物质的种类和温度等因素，反映物体导热能力的大小，又由于定义式λ=|𝑞⃑⃑||𝜕𝑡𝜕𝑛𝑛⃑⃑|，所以λ不能为负。14.试分别用数学语言及传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。答：第一类边界条件：τ0时，𝑡𝑤=𝑓1(𝜏)[给定边界上的温度值]第二类边界条件：τ0时，−λ(𝜕𝑡𝜕𝑛)𝑤=𝑓2(𝜏)[给定边界上的热流密度值]第三类边界条件：−λ(𝜕𝑡𝜕𝑛)𝑤=ℎ(𝑡𝑤−𝑡𝑓)[给定对流换热条件]15.对已知外表面温度𝒕𝒘𝟐的长实心圆柱，当求解其温度分布时，另一边界条件怎么样给出？答：根据第三类边界条件：−λ(𝜕𝑡𝜕𝑛)𝑤=ℎ(𝑡𝑤−𝑡𝑓)需要给定边界上表面传热系数和环境温度。16.写出下列三种情况下肋端的边界条件表达式。（1）无限长肋；（2）肋端绝热；（3）肋端放热。答：（1）无限长肋：𝑥=0,t=𝑡0;𝑥→∞,𝑡=𝑡∞.（2）肋端绝热：𝑥=0,t=𝑡0;𝑥=𝐻,𝑑𝑡𝑑𝑥=0.843传热学简答题03大连理工大学（3）肋端放热：𝑥=0,t=𝑡0;𝑥=𝐻,−𝜆𝑑𝑡𝑑𝑥=ℎ(𝑡𝐻−𝑡𝑓).17.如图所示，导热体没有内热源，物性为常数，过程处于稳态，内表面𝒕𝟏保持不变，外边界绝热。分别用不锈钢和铜作为导热体的材料，它们在导热体中的温度分布一样吗？答：判断物体中的温度分布是否一样，关键在于该物体中的导热控制方程和边界条件是否一样。描述该问题的控制方程为𝜕2𝑡𝜕𝑥2+𝜕2𝑡𝜕𝑦2=0；相应的边界条件：内部圆表面t=𝑡1；外部正方形表面∂t∂n=0。显然，无论对于不锈钢还是铜，方程和边界条件中不含有与导热系数λ有关的量。因此，两种材料做成的导热体中温度分布应该一样。18.在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？答：在其他条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0.5w/(m·k)(35℃)，而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热时，其导热系数很低，是很好的绝热材料。因而用多孔空心砖好。19.通过圆筒壁的一维稳态导热时，单位面积上的热流密度处处相等。是否正确？为什么？答：不正确。在圆筒壁的一维稳态导热中，Φ=常数，而q=f(r)。不同截面积，q是不同的。随着半径r的增大，热流密度q是逐渐减小的。20.为测量管道内的气体温度，温度计套管有两种安装方式，一种倾斜放置，另一种垂直放置，除了斜放套管比垂直放置的较长外，其他条件均相同，问哪种方式测量误差小？为什么？答：斜放套管的测量误差较小。由于套管温度计的套管可以视为一维等截面直肋。根据𝑡𝐻−𝑡𝑓=𝑡0−𝑡𝑓𝑐ℎ(𝑚𝐻)，要减小测量误843传热学简答题03大连理工大学差（即套管顶部温度𝑡𝐻尽量接近流体温度𝑡𝑓），可增加ch(mH),增加H，即延长温度计套管的长度。故斜放套管的长度比垂直放置的较长，所以测量误差较小。21.用套管温度计测量容器内的流体温度，为了减小测量误差，套管材料选用铜还是不锈钢？答：由于套管温度计的套管可以视为一维等截面直肋。要减小测量误差（即套管顶部温度𝑡𝐻尽量接近流体温度𝑡𝑓），应尽量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。22.温度计套管测温误差产生原因及解决方法。答：产生误差的原因：沿肋高有热量导出和套管表面与流体之间存在换热热阻。解决方法：减小沿肋高方向的导热量（即增加导热热阻和减小套管根部与外界环境的散热）和增加流体与套管壁的对流换热表面传热系数。23.增加温度计套管测量精度的措施。答：选用导热系数更小的材料做套管；尽量增加套管高度，并减小壁厚；强化套管与流体之间的换热；在储气筒外包以保温材料。24.从热阻角度分析，为什么在表面传热系数小的一侧加肋片效果好？为什么用导热率大的材料做肋片？答：根据Φ=（𝑡𝑓1−𝑡𝑓2）/(1ℎ1𝐴+𝛿𝜆𝐴+1ℎ2𝐴)。当h1h2时，1ℎ1𝐴1ℎ2𝐴。热阻主要在传热系数小的一侧，在表面传热系数小的一侧加肋片可有效地降低热阻，从而增加传热量。选用导热率大的材料，肋效率增加，可减少肋片导热热阻带来的影响。25.对于一个状态下，是不是所加肋片高度越高越好？843传热学简答题03大连理工大学答：不是。根据肋效率𝜂𝑓=𝑡ℎ(𝑚𝐻)𝑚𝐻，当肋高H增加时，mH增大，𝜂𝑓减小，这说明肋高并非越高越好。因为当肋片高度达到一定值时，通过该截面的热流密度为零。通过肋片的热流已达到最大值，不会因为高度的增加而发生变化。26.在什么条件下，可以将肋片导热问题简化为一维稳态导热问题？答：材料的导热系数λ、表面传热系数h以及沿肋高方向的横截面积𝐴𝑐均各自为常数；肋片温度在垂直于纸面方向（即长度方向）不发生变化，因此可取一个截面（即单位长度）来分析；表面上的换热热阻1ℎ⁄远远大于肋片中的导热热阻𝛿𝜆⁄，因而在任一截面上肋片温度可认为是均匀的；肋片顶端可视为绝热，即在肋的顶端dtdx=0。27.什么是接触热阻，其影响因素有哪些？对两个固体之间如何减小接触热阻？答：实际固体表面不是理想平整的，所以两固体表面直接接触的界面容易出现点接触，或者只是部分的而不是完全的和平整的面接触，这种情况与两固体表面真正完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。影响因素：固体表面的粗糙度；接触表面的硬度匹配；接触面的挤压压力；空气中介质的性质。减小热阻：采用胀管或浸镀锡液；在界面敷设导热姆、银等；采用先进的电子封装技术。28.常温下空气的导热系数约为0.02w/(m·℃)，比一般隔热材料的导热系数小。从防止散热的观点看，是不是包了隔热材料反而会没有好处？答：不是。包了隔热材料后，总导热热阻会有所增加，对流换热温差∆t降低，对于减少散热来说是有好处的。843传热学简答题03大连理工大学29.金属材料的导热率很大，而发泡金属为什么又能做保温隔热材料呢？答：发泡金属以金属为骨架，各孔隙中气体被封闭在各个小孔中，里面热量的传递方式主要是空气的导热，由于空气的导热系数较小，则穿过微小气孔的导热和对流传热作用较小，且多孔结构对辐射起着遮挡作用。从而折算导热系数相对于密实金属要小得多，故可做保温材料。