2006-2007《传热学》试卷.docVIP

2006-2007《 传热学 》试题 1．为测量储气罐里的气体温度，在储气罐壁上装设 一支有充油套管保护的温度计（如右图所示）。简要分 析温度计套管对测量误差的影响，并说明减少测量误 差的途径或方法。 2．试建立第三类边界条件下、二维稳态导热问题平直边 界节点的差分方程，并画出相应网格节点图。设物体为 常物性，有内热源为（常数）。 3．试说明用有限差分法进行导热数值计算的基本思想和方法。 4．写出单相流体对流换热各无量纲准则数的定义式，说明其物理意义。 5．请说明相似原理的主要内容，它们分别解决了什么问题？ 6．何为烧毁点？试结合大容器饱和沸腾曲线说明其实际应用意义。 7．请说明热辐射的基本定律，它们分别解决了什么问题？ 8．在圆筒壁外敷设保温层后，有时会增加其散热损失，这是为什么？ 9．根据你所学习的传热学知识，说明强化传热的基本途径、方法。 10．某电站凝汽器工作一段时间后，出现了汽轮机机组背压上升（凝汽器真空度下降）的问题，试从传热学角度解释其产生的可能原因。 2006-2007《 传热学 》试题参考答案 1．如右图所示，测温套管可以看成是一个从容器壁面伸展出来的肋片。其测量端部温度可表示为： 2． x y qw qw 将第三类边界条件 代入即可。 3． 把原来在时间、空间坐标系中连续的物理量场（如温度场），用有限个离散点上的值的集合来代替，通过求解按一定方法建立起来的关于这些值的代数方程，来获得离散点上被求物理量的值。这些离散点上被求物理量值的集合成为该物理量的数值解。 物理问题----简化成数学描写（方程，边界条件，初始条件）---方程离散（得出一系列代数方程）---求解代数方程---问题的解（温度场及延伸结果）---必要的讨论 其中的关键：方程离散 建立离散方程的基本方法主要有： （1）Taylor展开法　　　　 （2）能量平衡法（热平衡法） 4． 称为雷诺数（准则） ，表征了给定流场的惯性力与其黏性力的对比关系。，也就 称为普朗特（Prandtl）数（准则） ，它反映了流体的动量扩散能力与其能量扩散能力的对比关系。 称为努谢尔特（Nusselt）数（准则），壁面上无量纲温度梯度的度量，它反映了给定流场的换热能力与其导热能力的对比关系。这是一个在对流换热计算中必须要加以确定的准则。 称为格拉晓夫数，反映了自然对流的流体中，流体的浮升力与粘性力的相对大小，进而反映了自然对流流态对换热的影响。 5．凡同类现象，若单值性条件相似，同名已定准则相等，则必相似。 相似原理的主要内容回答了关于试验的三大问题： （1） 实验中应测哪些量（是否所有的物理量都测）：测量准则数中的有关量； （2） 实验数据如何整理（整理成什么样函数关系）：按照准则数间的幂函数关系整理； （3） 解决了实物试验很困难或太昂贵的情况下，如何进行试验的问题，也即解决了所得实验关联式推广应用的条件：实验结果可推广到与实验条件相似的所有同类物理现象。 6． 大容器饱和沸腾曲线表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4个换热规律不同的阶段：自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾，如图所示： qmax qmin 实践上，热流密度的峰值qmax有重大意义，它被称为临界热流密度(CHF，英语Critical Heat Flux之缩写)。 对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设备，如电加热器、锅炉水冷壁、对冷却水加热的核反应堆，一旦热流密度超过蜂值，工况将沿qmax虚线跳至稳定膜态沸腾线，?t将猛升至近1000℃，可能导致设备的烧毁，所以必须严格监视并控制热流密度，确保在安全工作范围之内。也由于超过它可能导致设备烧毁，所以qmax亦称烧毁点。 对于蒸发冷凝器等壁温可控的设备，这种监视也是重要的。因为一旦q超过转折点之值，就可能导致膜态沸腾，在相同的壁温下使换热量大大减少，从而换热效率下降。 7． 热辐射的基本定律主要指黑体辐射的基本定律。 黑体辐射能量按波长分布服从普朗克定律；按空间方向的分布则服从兰贝特定律； Planck定律：描述黑体在某一温度下向半球空间所有方向辐射的能量沿波长分布的规律，即只对方向积分，但研究的是某一波长； Stefan-Boltzmann定律：描述黑体在某一温度下向半球空间所有方向辐射的全部波长的能量，即对方向和波长都积分的结果； Lambert定律：描述物体在某一温度下所辐射的全部波长的能量沿半球空间方向上的分布规律，即只对波长积分，但研究的是某一方向。对黑体而言，辐射强度是常数 进一步的，包括基尔霍夫定律，它表明了实际灰体（甚至实际物体）的吸收特性：对投射辐射的波长无选择性。 8． 在圆筒壁外敷设保温层后，有时会增加其散热损失，这是因为： 可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；另一方面，降低了对流换