大连理工大学843传热学考研历年真题汇总分类——简答题05

843传热学简答题05大连理工大学第五章1.在冬天，室内玻璃关得非常严密，但你在窗户上会感到有风，而且较冷，这是为什么？答：室内自然对流多为层流，靠近窗户处为层流边界层，主要热交换或者温度梯度仅在边界层内，这部分空气温度比较接近窗户内壁温度，所以在窗户边上感到有风而且较冷。室内离窗较远的空气处在主流区，可以认为没有自然对流，温度变化不大。2.为什么22℃气温时，人在室内感到很舒适，而若跳入22℃的水中就感到很冷？答：人对冷暖感觉的衡量标准是散热量的大小而不是温度的高低。在其他条件相同时，水的自然对流强度要远大于空气。因此，人在水中的换热量要远高于空气中，所以人在相同温度的水中会感觉寒冷，而在室内却感到舒适。3.为什么电厂发电机用氢气冷却比空气冷却效果好？为什么用水冷比用氢气冷却效果好？答：因为氢气的传热系数大于空气的传热系数。在相同条件下，氢气冷却带走的热量更多。因为液体（如水）的传热系数要远大于气体（如氢气）的传热系数。在相同条件下，水冷带走的热量更多，冷却效果更好。4.试述流体的物性参数对于对流换热过程的影响。答：ρ𝑐𝑝↑→ℎ↑单位流体携带更多的热量，载热能力提升；λ↑,𝛿𝜆↓→h↑流体内部和流体与壁面之间的导热热阻减小；a↑→h↑自然对流换热强度增加；η↑,δ↑,𝛿𝜆↑→ℎ↓阻碍流体流动，阻碍热对流进行。5.𝐮𝛛𝐭𝛛𝐱+𝝊𝝏𝒕𝝏𝒚=𝒂𝝏𝟐𝒕𝝏𝒚𝟐是什么方程？使用条件是什么？答：u∂t∂x+𝜐𝜕𝑡𝜕𝑦=𝑎𝜕2𝑡𝜕𝑦2边界层换热能量守恒方程843传热学简答题05大连理工大学使用条件是二维，稳态，无内热源。补：∂u∂x+𝜕𝜐𝜕𝑦=0边界层换热质量守恒方程u∂u∂x+𝜐𝜕𝑢𝜕𝑦=−1𝜌𝑑𝑝𝑑𝑥+𝜈𝜕2𝑢𝜕𝑦2边界层换热动量守恒方程6.与完全的对流换热方程组相比，边界层微分方程组最重要的特点是什么？答：略去了主流方向温度t和速度u的二阶导数，使方程由原来的椭圆形变成了抛物线型；利用边界层理论，使原来需整场求解的问题，转化为可分区（主流区和边界层区）求解的问题，边界层区用边界层微分方程求解，而主流区则按理想流体看待；由(u,υ,t,p)四个变量数简化为(u,υ,t)三个变量数，方程组仍然封闭。此时压力p不再是变量，可按理想流体的伯努利方程求得。同时，简化后所需的边界条件数量亦大大减少。7.与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么？答：与完全的能量方程相比，它略去了主流方向温度的次变化率，因此仅适用于边界层内，不适用整个流体。8.对流换热问题完整的数学描写应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数学描写有什么意义？答：包括对流换热微分方程组及定解条件。定解条件包括：（1）初始条件。（2）边界条件（速度，压力及温度）。建立对流换热问题的数学描写目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量、能量和质量守恒关系，避免在研究中遗漏某种物理因素。9.由对流换热微分方程得𝒉𝒙=−𝝀𝒕𝒘−𝒕∞·𝛛𝐭𝛛𝐲|𝒚=𝟎，可知，该式中没有出现流速𝛖，能否说表面传热系数与流体速度场无关，为什么？答：不能。因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度。流速直接影响边界层厚度，843传热学简答题05大连理工大学从而影响近壁温度梯度∂t∂y，进而影响ℎ𝑥。因此，表面传热系数必与流体速度场有关。10.既然对流换热的强度取决于贴壁处流体的温度梯度，那么为什么流体速度的大小会影响对流换热强度？答：根据ℎ𝑥=−𝜆𝑡𝑤−𝑡∞·∂t∂y|𝑦=0，在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度。流速直接影响边界层厚度，从而影响近壁温度梯度∂t∂y，进而影响ℎ𝑥。因此，表面传热系数必与流体速度场有关。11.在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大？为什么？有人说一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小，你认为对吗？答：在温度边界层中，贴壁处流体温度梯度的绝对值最大，因为壁面与流体间的热量交换都要通过贴壁处不动的薄流体层，因而这里换热最剧烈。由于对流换热微分方程h=−𝜆Δ𝑡·∂t∂y|𝑦=0，对一定表面传热温差的同种流体，λ和Δt均保持为常数，因而可用∂t∂y|𝑦=0绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小。12.画出流体流过平壁时，速度边界层曲线和对流换热系数沿平壁长度的变化曲线。答：13.利用数量级分析的方法，对流体外掠平板的流动，从动量微分方程导出边界层厚度的如下变化关系式𝜹𝒙~𝟏√𝑹𝒆𝒙。其中𝑹𝒆𝒙=𝒖∞𝝂。843传热学简答题05大连理工大学答：由外掠平板流动的动量微分方程u∂u∂x+𝜐𝜕𝑢𝜕𝑦=𝜈𝜕2𝑢𝜕𝑦2，由于u~𝑢∞,𝑥~𝑥,𝑦~𝛿，而连续性方程∂u∂x+𝜕𝜐𝜕𝑦=0𝑢∞𝑥𝜈𝛿可知ν~𝑢∞𝑥𝛿，因此，动量微分方程式中各项的数量级如下u∂u∂x+𝜐𝜕𝑢𝜕𝑦=𝜈𝜕2𝑢𝜕𝑦2𝑢∞𝑢∞𝑥𝑢∞𝑥𝛿𝑢∞𝛿𝜈𝑢∞𝛿2在边界层内，粘性力项与惯性力项具有相同数量级，即𝑢∞2𝑥~𝜈𝑢∞𝛿2即𝛿2𝑥2~𝜈𝑢∞𝑥，所以𝛿𝑥~1√𝑅𝑒𝑥。14.对流换热边界层微分方程组是否用于粘度很大的油的Pr数很小的液态金属？为什么？答：对粘度很大的油类，Re数很低，速度边界层厚度𝛿𝑥与x为同一数量级，因而动量微分方程中𝜕2𝑢∂𝑥2与𝜕2𝑢∂𝑦2为同一量级，不可忽略，且此时由与𝛿𝑥~𝑥，速度u和υ为同一量级，y方向的动量微分方程不能忽略；对液态金属，Pr很小，速度边界层厚度δ与温度边界层厚度𝛿𝑡相比，δ≪𝛿𝑡，在边界层内𝜕2𝑡∂𝑥2~𝜕2𝑡∂𝑦2，因而能量方程中𝜕2𝑡∂𝑥2不可忽略；因此，对流换热边界层微分方程组不适用于粘度很大的油和Pr数很小的液态金属。15.当普朗特数Pr=1时，热边界层厚度𝜹𝒕=速度边界层厚度𝛅，试作解释。答：Pr=𝜈𝑎ν表示动量扩散能力的大小；𝒶表示热扩散能力的大小。当Pr=𝜈𝑎=1时，说明流体的动量扩散深度等于热量扩散深度，如果热边界层厚度定义与流动边界层厚度定义相同，则有𝛿𝑡=𝛿。16.画出普朗特数Pr1,Pr≈1,Pr1，三种情况下，流动边界层与热边界层厚度曲线，并以物理概念说明这三种现象。答：Pr=𝜈𝑎ν表示动量扩散能力的大小；𝒶表示热扩散能力的大小。当Pr=𝜈𝑎1时，说明流体的动量扩散深度小于热量扩散深度，如果热边界层厚度定义与流动边界层厚度定义相同，则有𝛿𝑡𝛿；843传热学简答题05大连理工大学当Pr=𝜈𝑎≈1时，说明流体的动量扩散深度约等于热量扩散深度，如果热边界层厚度定义与流动边界层厚度定义相同，则有𝛿𝑡≈𝛿；当Pr=𝜈𝑎1时，说明流体的动量扩散深度大于热量扩散深度，如果热边界层厚度定义与流动边界层厚度定义相同，则有𝛿𝑡𝛿。