2023年上海交通大學密西根學院810傳熱學考研仿真模擬題

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目錄

2023年上海交通大學密西根學院810傳熱學考研仿真模擬題（一）(2)

2023年上海交通大學密西根學院810傳熱學考研仿真模擬題（二）(9)

2023年上海交通大學密西根學院810傳熱學考研仿真模擬題（三）(16)

2023年上海交通大學密西根學院810傳熱學考研仿真模擬題（四）(23)

2023年上海交通大學密西根學院810傳熱學考研仿真模擬題（五）(30)

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2023年上海交通大學密西根學院810傳熱學考研仿真模擬題（一）

說明：①本資料為VIP學員內(nèi)部使用，嚴格按照2023考研最新題型及歷年試題難度出題?！?、簡答題

1．管內(nèi)受迫對流換熱時，對于橫管和豎管中流體被加熱和被冷卻，自然對流的影響各有什么不同？什么情況下應考慮自然對流對受迫對流的影響？

【答案】（1）對于橫管，流體不管被冷卻還是被加熱，都將有利于換熱。因為當橫管中流體被冷卻時，由于管心溫度高于管壁，將形成管心向上而沿管壁向下的垂直于受迫流動方向的環(huán)流；而當橫管中流體被加熱時，由于管心溫度低于管壁，將形成由管心向下而沿管壁向上的垂直于受迫流動方向的環(huán)流；由于都形成了環(huán)流，加強了邊界層的擾動，所以都將有利于換熱。

對于豎管，當流體向上流動時，如果流體被冷卻，則在管中心受迫對流與自然對流同向，而靠近壁面處兩者方向相反，這樣管中心的速度比原來的大，而管壁面處則比原來的小，不利于換熱；如果流體被加熱，則自然對流與受迫對流同向，有利于換熱。當流體向下流動時，則自然對流對換熱的影響與流體向上流動正好相反。如流體被冷卻，則自然對流與受迫對流同向，有利于換熱；如果流體被加熱，則在管中心受迫對流與自然對流同向，而靠近壁面處兩者方向相反。這樣管中心的速度比原來的大，而管壁面處則比原來的小，不利于換熱。

（2）至于什么情況下應考慮自然對流對受迫對流的影響，可通過慣性力和浮升力數(shù)量級的對比進行判斷，一般，當時，就應考慮自然對流的影響。

2．非穩(wěn)態(tài)導熱采用顯式格式計算時會出現(xiàn)不穩(wěn)定性，試述不穩(wěn)定性的物理含義。如何防止這種不穩(wěn)定性？

【答案】（1）不穩(wěn)定性的物理含義是指在顯式格式離散方程中，后一時刻的溫度取決于前一時刻的溫度，同一節(jié)點溫度前的系數(shù)有出現(xiàn)負值的可能性。如果出現(xiàn)負值，就意味著該點溫度在前一時刻溫度越高，則后一時刻溫度將越低，甚至會出現(xiàn)比周圍節(jié)點溫度還要低的現(xiàn)象，這違背了熱力學第二定律。

（2）為防止這種導致數(shù)值計算不穩(wěn)定性的現(xiàn)象發(fā)生，要求空間網(wǎng)格和時間網(wǎng)格的選取必須滿足一定的條件，從而使同一節(jié)點的離散系數(shù)不出現(xiàn)負值。

3．寫出格拉曉夫準則（數(shù)）的表達式及物理意義。

【答案】表示流體所受浮升力與粘滯力的相對大小。

4．擴展表面中的導熱問題可以按一維問題處理的條件是什么?有人認為只要擴展表面細長，就可按一維問題處理，你同意這種觀點嗎？

【答案】（1）擴展表面中的導熱問題可以按一維問題處理的條件是擴展表面細長，且導熱系數(shù)大；

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第3頁，共35頁（2）不同意，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相對較小的條件下（）才可以按一維問題來處理。

5．蒸氣中含有不凝結(jié)性氣體，對膜狀凝結(jié)換熱有何影響？為什么？

【答案】蒸氣中含有不凝結(jié)性氣體，會使得膜狀凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大減小。

原因:蒸氣中含有不凝結(jié)性氣體，在靠近液膜表面的蒸氣側(cè)，隨著蒸氣的凝結(jié)，蒸氣分壓力減小而不凝結(jié)氣體的分壓力增加，蒸氣抵達液膜表面進行凝結(jié)前，必須以擴散方式穿過聚集在界面附近的不凝結(jié)氣體層，不凝結(jié)氣體層的存在增加了傳遞過程的阻力；同時蒸氣分壓力的下降，使相應的飽和溫度下降，

減小了凝結(jié)的動力

也使得凝結(jié)過程削弱。

6．簡述氣體輻射的特點。【答案】氣體輻射對波長有選擇性；氣體輻射和吸收是在整個容積中進行的。

7．發(fā)生在一個短圓柱中的導熱問題，在哪些情形下可以按一維問題來處理？

【答案】（1）兩端面絕熱，圓周方向換熱條件相同時，可以認為溫度場只在半徑方向發(fā)生變化；

（2）圓周面絕熱，兩端面上溫度均勻，可以認為溫度場只在軸向發(fā)生變化。

8．鋼鐵表面約500℃,表面看上去為暗紅色；當表面約1200℃時，看上去變?yōu)辄S色，這是為什么？

【答案】根據(jù)普朗克定律所揭示的關系

，隨著溫度的升高，輻射能量中可見光所占份額相應增加所至。

9．試述數(shù)和數(shù)的區(qū)別。

【答案】數(shù)中的為流體的導熱系數(shù)，

為影響邊界層厚度的幾何尺寸。數(shù)中的為物體的導熱系數(shù)，為固體壁（如壁厚等）的某一尺寸；數(shù)反映靠近壁面流體層

的導熱熱阻與對流換熱熱阻的相對大?。?/p>

數(shù)反映物體內(nèi)部的導熱熱阻與外部的換熱熱阻之間的相對大小。

10．為什么用普朗特數(shù)

可以定性地判斷流體外掠平板時的速度邊界層和溫度邊界層的相對厚度？

【答案】普朗特數(shù)分子表征了流體由于分子運動而擴散動量的能力，這一能力越大，粘性的影響傳遞的越遠，速度邊界層越厚；分母則表征了熱擴散的能力，因此，兩者相比，基本上可以反映邊界層的相對厚度。

11．若嚴冬和盛夏時室內(nèi)溫度均維持20℃，人裸背站在室內(nèi)，其冷熱感是否冬夏相同？

【答案】不相同。人體與周圍環(huán)境的熱交換包括對流換熱和輻射換熱。（1）對流換熱，本題可認為對流換熱量冬夏差別不大，因為人體溫度冬夏基本相同，室內(nèi)空氣溫度相同，其自然對流

第4頁，共35頁換熱系數(shù)及換熱溫差相同，因此對流換熱量基本相同；（2）輻射換熱，輻射換熱量冬夏差別較大，因為冬季圍護結(jié)構(gòu)溫度比夏季要低得多，因此冬季人體通過輻射散熱量要大于夏季，當嚴冬和盛

夏時室內(nèi)溫度均維持20℃，人裸背站在室內(nèi)，其冷熱感冬夏是不同的，冬季會有明顯更冷的感覺。

12．為什么白天從遠處看房屋的窗孔有黑洞洞的感覺？

【答案】因為房屋尺寸比窗口尺寸大得多，外界通過窗口投射到房屋的能量，經(jīng)房屋內(nèi)壁多次吸收和反射，再經(jīng)窗口射出的能量就比較小了，所以白天從遠處看房屋窗孔就有黑洞洞的感覺。如果窗口足夠小，就是人工黑體模型。

二、計算題

13．已知換熱器內(nèi)熱流體為2程流動，冷流體為1程流動，說明圖所示各形式哪些是可實現(xiàn)的？冷、熱流體各是什么過程？

圖1換熱器內(nèi)溫度分析圖

【答案】首先要分析換熱器流體溫度變化規(guī)律。無論是順流或逆流，在換熱器任一微元換熱面積dA內(nèi)，由熱量平衡關系，熱流體溫升數(shù)值可按下式計算:

AO—沿長度方向單位管長時的換熱面積。

故熱流體溫度變化率:

同理，冷流體溫度變化率:

在換熱器中冷熱流體呈順流的部分，

時，故，故溫度曲線的形狀如圖2所示。在換熱器中冷熱流體呈逆流的部分，如圖3所示，因

時

，故，故從進口到出口，溫度曲線的斜率絕對值均是從小變大，曲線

由平緩變得陡峭，熱流體溫度曲線的形狀如圖3所示。根據(jù)上述分析，問題中只有圖1（c）和（e）中流動溫