传热学复习资料

一、名词解释传热过程：热量从壁一侧的高温流体通过壁传给另一侧的低温流体的过程。导热系数：物体中单位温度降单位时间通过单位面积的导热量。热对流：只依靠流体的宏观运动传递热量的现象称为热对流。表面传热系数：单位面积上，流体与壁面之间在单位温差下及单位时间内所能传递的能量。保温材料：国家标准规定，凡平均温度不高于350度导热系数不大于0.12w/（m.k）的材料。温度场：指某一时刻空间所有各点温度的总称。热扩散率：a=表示物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向均匀一致的能力。临界热绝缘直径：对应于总热阻为极小值的保温层外径称为临界热绝缘直径。集中参数法：当时，可以近似的认为物体的温度是均匀的，这种忽略物体内部导热热阻，认为物体温度均匀的分析方法。辐射力：单位时间内，物体的每单位面积向半球空间所发射全波长的总能量。单色辐射力：单位时间内，物体的每单位面积，在波长附近的单位波长间隔内，向半球空间发射的能量。定向辐射力：单位时间内，物体的每单位面积，向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角内所发射全波长的能量。单色定向辐射力：单位时间内，物体的每单位面积，向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角内所发射在波长附近的单位波长间隔内的能量。辐射强度：单位时间内，在某给定辐射方向上，物体在与发射方向垂直的方向上的每单位投影面积，在单位立体角内所发射全波长的能量称为该方向的辐射强度。有效辐射：单位时间离开单位面积表面的总辐射能。辐射隔热：为减少表面间辐射换热而采用高反射比的表面涂层，或在表面加设遮热板，这类措施称为辐射隔热。黑体：能全部吸收外来射线，即的物体。白体：能全部反射外来射线，即的物体，不论是镜面反射或漫反射。透明体：能被外来射线全部透射，即的物体。热流密度：单位时间单位面积上所传递的热量。肋片效率：衡量肋片散热有效程度的指标，定义为在肋片表面平均温度下，肋片的实际散热量与假定整个肋片表面处在肋基温度时的理想散热量的比值。形状因子：将有关涉及物体几何形状和尺寸的因素归纳在一起。时间常数：以具有时间的量纲，时间常数的数值越小表示测温元件越能迅速地反映流体的温度变化。蓄热系数：当物体表面温度波振幅为1度时导入物体的最大热流密度。S=对流换热：流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程。自摸化现象：自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关的现象。膜状凝结：若凝结液能很好地润湿壁面，凝结液将形成连续的膜向下流动。珠状凝结：若凝结液不能很好的润湿壁面，则凝结液将聚成一个个的液珠。大空间沸腾：高于饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所进行的沸腾。饱和沸腾：一定压强下，当液体主体为饱和温度，而壁面温度高于时的沸腾。过冷沸腾：若主体温度低于，而已超过时发生的沸腾。沸腾温差：饱和沸腾时，壁温与饱和温度之差。热辐射：由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播。热射线：通常把范围的电磁波称热射线。灰体：指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化。角系数：表示表面发射出的辐射能中直接落到另一表面的百分数。效能：换热器的实际传热量与最大可能的传热量之比。传热单元NTU：表示换热器传热量大小的一个无量纲。NTU=定型尺寸：在分析计算中可采用对换热有决定意义的特征尺寸作为依据，这个尺寸称定型尺寸。污垢热阻：换热器运行一段时间后，换热表面上常常会覆盖一层垢层，表示为附加的热阻，称为污垢热阻。流动进口段：流体从进入管口开始，需经历一段距离，管段面流速分布和流动状态才能达到定型，这段距离称流动进口段。流动充分发展段：及与管内任意点的温度t组成的无量纲温度随管长保持不变，即=0的距离。二、简答题1．热量传递有哪几种基本方式？它们各自的传热机理是什么？自然界是否存在单一的热量传递方式？试举例说明。热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。物体各部分间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热（或称为热传导）。对流是指由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。物体会因为各种原因发出辐射能，其中因为热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。自然界中各个物体都不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递——辐射换热。自然界存在单一的热量传递方式，如真空中进行的热辐射和固态物质中的热传导。2．什么叫传热过程？传热系数的定义及物理意义是什么？热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体中去的过程称为传热过程。传热系数，数值上它等于冷、热流体间温差℃、传热面积时的热流量的值，是表征传热过程强烈程度的标尺。传热过程越强，传热系数越大，反之越小。3．简述接触热阻，污垢热阻的概念。两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅发生在一些离散的面积元上。在未接触的界面之间的间隙中常常充满了空气，热量将以导热及辐射的方式穿过这种气隙层。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。换热器运行一段时间后，换热面上常会积起水垢、污泥、油污、烟灰之类的覆盖物垢层。所有这些覆盖物层都表现为附加的热阻，使传热系数减小，换热器性能下降。这种热阻称为污垢热阻。4．简述对流换热和传热过程的区别、表面传热系数(对流换热系数)和传热系数的区别。对流换热是指流体流过一个物体表面时的热量传递过程。传热过程是指热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体中去的过程。传热过程包含着三个环节：（1）从热流体到壁面高温侧的热量传递；（2）从壁面高温侧到壁面低温侧的热量传递，亦即穿过固体壁的导热；（3）从壁面低温侧到冷流体的热量传递。表面传热系数是对流换热计算时的比例系数，，它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系。传热系数为传热过程计算时的比例系数，，其大小不仅取决于传热过程的两种流体的种类，还与过程本身有关。5．简述导热系数，表面传热系数和传热系数之间的区别。导热系数是表征材料导热性能优劣的参数，即是一种物性参数。不同材料的导热系数值不同，即使是同一种材料，导热系数值还与温度等因素有关。表面传热系数是表征对流换热强弱的参数，它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系，是取决于多种因素的复杂函数。传热系数是表征传热过程强烈程度的标尺，其大小不仅取决于参与传热过程的两种流体的种类，还与过程本身有关，如流速的大小，有无相变等。6．简述温度场，等温面，等温线的概念。物体中存在着温度的场，称为温度场，它是各时刻物体中各点温度分布的总称。温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为等温面。在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。7．写出导热问题三类边界条件的定义及其数学描述。（1）规定了边界上的温度值，称为第一类边界条件。其数学描述为：时，。对于稳态导热问题，＝常量。（2）规定了边界上的热流密度值，成为第二类边界条件。其数学描述为：时，，式中，为表面的外法线方向。对于稳态导热问题，＝常量。（3）规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数及周围流体的温度，成为第三类边界条件。其数学描述为：。在非稳态导热时，式中及均可为时间的函数。8,导热系数为什么和物体温度有关？而在实际工程中为什么经常将导热系数作为常数？物体各部分间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热。导热系数是表征材料热性能优劣的参数。而微观粒子的热运动与温度密切相关，因此导热系数和物体温度有关。在实际工程中，在相当的温度范围内导热系数随物体温度的变化较小，因此常常将导热系数作为常数。9．什么是形状因子？如何应用形状因子进行多维导热问题的计算？导热问题中，两个等温面间导热热流量总是可以表示成以下统一的形式：，其中，与导热物体的形状及大小有关，成为形状因子。形状因子是有量纲的物理量，其单位为。在多维导热问题中，如已知两个等温面的温度，计算出形状因子，带入，即可求得两个等温表面之间的导热热流量。10．简述非稳态导热的分类及各类型的特点。根据物体随时间的推移而变化的特性可以将非稳态导热区分为两类：物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值及物体的温度随时间而作周期性的变化。前者物体中的温度分布存在着两个不同的阶段。在第一阶段里，温度分布呈现出主要受初始温度分布控制的特性，即在这一阶段中物体中的温度分布受初始温度分布很大的影响。这一初始阶段称为非正规状况阶段。当过程进行到一定深度时，物体的初始温度分布的影响逐渐消失，物体中不同时刻的温度分布主要取决于边界条件和物性，此时非稳态导热过程进入到了第二个阶段，即正规状况阶段。后者物体中各点的温度及热流密度都随时间作周期性的变化。11．简述准则数，准则数的定义及物理意义。，表征固体内部导热热阻与其界面上换热热阻比值的无量纲数。，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。12．和各代表什么样的换热条件？，时，，物体内部的导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻物体中各点的温度接近均匀，并随着时间的推移，逐渐趋近于周围流体的温度。时，，表面对流换热热阻几乎可以忽略，因而过程一开始物体的表面温度变化到周围流体温度。随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐趋近于周围流体的温度。13．简述集总参数法的物理意义及应用条件。忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集总参数法。如果物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面换热系数极低，则其导热问题都可能属于这一类型的非稳态导热问题。一般以式作为容许采用集总参数法的判断条件，其中是与物体几何形状有关的无量纲数。14．无限大平板和半无限大平板的物理概念是什么？半无限大平板的概念是如何应用在实际工程问题中的？所谓无限大平板是对实际物体的一种抽象及简化处理。当一块平板的长度和宽度远大于其厚度，因而平板的长度和宽度的边缘向四周的散热对平板内的温度分布影响很小，以致于可以把平板内各点的温度看作仅是厚度的函数时，该平板就是一块“无限大”平板。所谓半无限大平板，几何上是指从的界面开始向正的方向无限延伸的平板若一具有有限厚度和均匀初温的平板，其一侧表面的边界条件突然受到热扰动。当扰动的影响还局限在表面附近而尚未深入到平板内部中去时，就可有条件地把该平板视为一“半无限大平板”。15．对流换热是如何分类的？影响对流换热的主要物理因素有哪些？对流换热的分类如下所示：影响对流换热的因素主要有以下五个方面：（1）流体流动的起因；（2）流体有无相变；（3）流体的流动状态；（4）换热表面的几何因素；（5）流体的物理性质16．速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义是什么？在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层，又称速度边界层。通常规定达到主流速度的99％处的距离为速度边界层的厚度，记为。固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度记为。一般以过余温度为来流过余温度的99％处定义为的外边界。17．管外流和管内流的速度边界层有何区别？管外流情况下，换热壁面上的速度边界层能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。管内流情况下，当流体从大空间进入圆管时，速度边界层有一个从零开始增长直到汇合于管子中心线的过程。18．什么是特征长度和定性温度？选取特征长度的原则是什么？出现在特征数定义式中的几何尺度称为特征长度。用以决定流体物性参数的温度称为定性温度。选取特征长度的原则为：要把所研究问题中具有代表性的尺度取为特征长度。19．对管内流和管外流，准则数中的特性长度的取法是不一样的，说明其物理原因。选取特征长度时，要把所研究问题中具有代表性的尺度取为特征长度。由于管内流和管外流的换热面不同，管内流的换热面为管壁内表面，因此取管内径为特征长度；管外流的换热面为管壁外表面，因此取管外径为特征长度。20．什么是相似原理？判断物理现象相似的条件是什么？相似原理在工程中有什么作用？对于两个同类的物理现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称此两现象彼此相似。判断两个同类物理现象相似的条件是：（1）同名的已定特征数相等；（2）单值性条件相似。所谓单值性条件，是指使被研究的问题能被唯一地确定下来的条件，它包括：（1）初始条件；（2）边界条件；（3）几何条件；（4）物理条件。相似原理可用来指导试验的安排及试验数据的整理，也可用来知道模化试验。21．，，，准则数的物理意义是什么？，是壁面上流体的无量纲温度梯度。，是惯性力与粘性力之比的一种度量。，是动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一种度量。，是浮升力与粘性力之比的一种度量。22．简述膜状凝结和珠状凝结的概念。如果凝结液体能很好地湿润壁面，它就在壁面上铺展成膜。这种凝结形式称为膜状凝结。当凝结液体不能很好地湿润壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠，称为珠状凝结。23．对于单根管子，有那些因素影响层流膜状凝结换热？它们起什么作用？（1）不凝结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大。蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚积在界面附近的不凝结气体层。因此，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，减小了凝结的驱动力，也使凝结过程削弱。（2）蒸气流速蒸气流速高时，蒸气流对液膜表面会产生明显的粘滞应力。其影响又随蒸气流向与重力场同向或异向、流速大小以及是否撕破液膜等而不同。一般来说，当蒸气流动方向与液膜向下的流动同方向时，使液膜拉薄，增大；反方向时则会阻滞液膜的流动使其增厚，从而使减小。（3）过热蒸气对于过热蒸气，只要把计算式中的潜热改用过热蒸气与饱和液的焓差，亦可用饱和蒸气的实验关联式计算过热蒸气的凝结换热。（4）液膜过冷度及温度分布的非线性只要用代替计算公式中的，就可以照顾到这两个因素的影响：。（5）管内冷凝以水平管中的凝结为例，当蒸气流速低时，凝结液主要积聚在管子的底部，蒸气则位于管子上半部。如果蒸气流速比较高，则形成所谓环状流动，凝结液较均匀地展布在管子四周，而中心则为蒸气核。随着流动的进行，液膜厚度不断增厚以致凝结完时占据了整个截面。（6）凝结表面的几何形状用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜减薄，以及使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。这样可以强化膜状凝结换热。24．对于实际凝结换热器，有那些方法可以提高膜状凝结换热系数？（1）排除不凝结气体（2）使蒸气流动方向与液膜向下的流动同方向（3）管外侧强化凝结的表面结构（4）管内侧采用扰动避免液膜厚度不断增厚25．什么是黑体，灰体？实际物体在什么样的条件下可以看成是灰体？吸收比的物体叫做绝对黑体，简称黑体。在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。对工程计算而言，只要在所研究的波长范围内光谱吸收比基本上与波长无关，则灰体的假定即可成立，而不必要求在全波段范围内为常数26．物体的发射率，吸收比，反射比，穿透比是怎样定义的？发射率和反射比有何不同？实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的发射率，记为。物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比。物体对投入辐射所反射的百分数称为该物体的反射比。投入辐射穿透物体的百分数称为该物体的穿透比。发射率是表征实际物体辐射力的大小。反射比是表征物体对投入辐射的反射能力的大小。27．简述漫灰表面的概念。辐射表面是具有漫射特性（包括自身辐射和反射辐射）的灰体，简称漫灰表面。28．物体的发射率取决于物体本身，而不涉及外部条件。因此，发射率可看成是物性。但是吸收比与外界条件有关。为什么对于灰体，吸收比也可看成是物性，并等于发射率？按灰体的定义，其吸收比与波长无关，在一定温度下是一个常数。假设在某一温度下，一灰体与黑体处于热平衡，按基尔霍夫定律。然后，考虑改变该灰体的环境，使其所受到的辐射不是来自同温下的黑体辐射，但保持其自身温度不变，此时考虑到发射率及灰体吸收比的性质，显然仍有。所以对于灰体，一定有。29．简述四个黑体辐射基本定律的物理意义及计算应用。普朗克定律揭示了黑体辐射能按照波长分布的规律：式中：：光谱辐射力，；：波长，；：黑体的热力学温度，；：第一辐射常量，其值为；：第二辐射常量，其值为。维恩位移定律揭示了最大光谱辐射力的波长与温度之间成反比的关系：斯忒藩－玻尔兹曼定律说明黑体辐射力正比例于其热力学温度的四次方：式中，：斯忒藩－玻尔兹曼常量，又称黑体辐射常数，其值为。兰贝特定律揭示了黑体辐射强度与方向无关的规律：＝常量30．简述角系数的定义及性质。把从表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数，成为表面1对表面2的角系数，记为X1,2。角系数的性质（1）相对性（2）完整性对N个表面组成的封闭腔有，（3）可加性设表面2有2a和2b两部分组成，则有31．什么是有效辐射？如何应用在灰体辐射计算中？单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射，记为。在两个等温的漫灰表面组成的二维封闭系统中，无论对于哪种情况，表面1、2之间的辐射换热量为：32．气体辐射有什么特点？（1）不同气体，辐射和吸收的本领不同。（2）气体辐射对波长具有选择性。（3）气体的辐射和吸收是在整个容器中进行的，与气体在容器中的分子数目及容器的形状和容积有关。33．强化传热的原则是什么？强化传热时，对热阻较大的一侧流体换热下功夫，往往能收到显著的效果。即在传热温差不变时，改变传热过程中热阻大的那一环节的热阻，可以大大增加传热过程的传热量。如果要采用加肋片的方式强化传热过程的话，只有在hi,ho相差较大，而Ai，Ao相差不大时，在h较小的一侧加肋才能收到显著的强化效果。当Aihi≈Aoho但数值都很小时，两侧都要强化措施，如双侧强化管。冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更明显。解释其原因。答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小（20℃，1.01325×10^5Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m.k)),具有良好的保温性能，而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣会感到很舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿羽绒衣才觉得舒服。从传热学分析原因。答：首先，冬季和夏季最大的区别就是室外温度不同，夏季室外温度高于室内温度，因此通过墙壁的热量的传递方式是由室外传向室内，而冬季则相反，因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此尽管冬季室内温度略高于夏季，但是人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多，由于人体对于冷感的感受主要是散热量，所以在冬季要传一些后的衣服。冬天，在相同的室外条件下，为什么有风比无风时感觉更冷一些？答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属于自然对流换热。而空气的强制对流换热比自然对流强烈，因而在有风时人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。利用同一台冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？答：当其他条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷温度，必然要求蒸发器处于更低的温度，所以结霜的冰箱耗电量更大。试分析室内暖气片的散热过程，各环节都有哪些热量传递方式？答：有以下换热环节和热传递方式：（1）由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热（强制对流）；（2）由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；（3）由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关，你认为对吗？答：由于描述一个导热问题的完整的数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的控制方程只与扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数λ.因此上述观点不对。由对流换热方程可知，该式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度无关。试判断这种说法的正确性。答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量微分方程中对流项含有流体速度，即要获得液体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”。因此表面传热系数必与流体速度场有关。其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，那个表面传热系数大，为什么？答：横向冲刷时表面传热系数大。因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，而横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的漩涡，增加了液体的扰动，因而换热强。在地球表面某实验室内设计的自然对流换热试验，到太空中是否仍然有效，为什么？答：该实验到太空中无法得到地面上的实验结果。因为自然对流是由于流体内部的温差从而引起密度差并在重力的作用下引起的。在太空中实验室装置将处于失重状态，因而无法形成自然对流，所以无法得到预期的实验结果。电影《泰坦尼克号》中男主人公杰克在海水中被冻死而女主人公罗斯却因躺在筏上而活了下来。试从传热学角度解释这一现象。答：杰克在海水里其身体与海水间由于自然对流交换热量，而罗斯在筏上其身体与空气之间产生自然对流。在其他条件相同时，水的自然对流强度要远大于空气，因此杰克身体由于自然对流散失热量的速度比罗斯快的多，因而杰克被冻死罗斯幸免于难。有一台放置于室外的冷库，从减小冷库冷量损失的角度出发，冷库外壳应涂成深色还是浅色？答：要减少冷库冷损，须尽可能少的吸收外界热量，而尽可能多地向外释放热量。因此冷库应取较浅的颜色，从而使吸收的可见光能量较少，而向外发射的红外线较多。12、有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？

回答：从稀饭到凉水是一个传热过程。显然，稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流。而稀饭的换热比水要差。因此要强化传热增加散热量，应该用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。13、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？

回答：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（即忽略自然对流）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14、人造地球在卫星在返回地球表面时为何容易被烧毁？

回答：卫星在太空中正常运行时，其表面的热量传递方式主要依靠与太空及太阳等星体的辐射。而在卫星返回地面的过程中，由于与大气层之间的摩擦，产生大量的热量，无法及时散失，因而易被烧毁。15、人们常说“下霜了”，那么霜是产生在树叶上表面还是下表面？回答：霜会结在树叶上的表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。16、窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？

回答：窗玻璃对红外线不透明，但对可见光却是透明的，因而隔着玻璃晒太阳，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在窗内，因而房间内温度越来越高，因而感到暖和。17、在太阳系中地球和火星距太阳的距离相差不大，但为什么火星表面温度昼夜变化却比地球要大得多？

回答：由于火星附近没有大气层，因而在白天，太阳辐射时火星表现温度很高，而在夜间，没有大气层的火星与温度接近于绝对零度的太空进行辐射换热，因而表面温度很低。而地球附近由于大气层（主要成份是CO2和水蒸气）的辐射作用，夜间天空温度比太空高，白天大气层又会吸收一部分来自太阳的辐射能量，因而昼夜温差较小。18、在冬季的晴天，白天和晚上空气温度相同，但白天感觉暖和，晚上却感觉冷。试解释这种现象。

回答：白天和晚上人体向空气传递的热量相同，且均要向温度很低的太空辐射热量。但白天和晚上的差别在于：白天可以吸收来自太阳的辐射能量，而晚上却不能。因而晚上感觉会更冷一些。19、什么是物体表面的黑度，它与哪些因素相关?什么是物体表面的吸收率，它与哪些因素相关?它们之间有什么区别?物体表面的黑度被定义为物体表面的辐射力与其同温度下黑体辐射的辐射力之比，它与物体的种类、表面特征及表面温度相关。物体表面的吸收率是表面对投入辐射的吸收份额，它不仅与物体的种类、表面特征和温度相关，而且与投入辐射的能量随波长的分布相关，也就是与投入辐射的发射体的种类、温度和表面特征相关。比较两者的相关因素不难看出它们之间的区别，概括地说黑度是物体表面自身的属性，而吸收率确不仅与自身有关情况有关还与外界辐射的情况紧密相连。20、什么是定向辐射强度？满足兰贝特定律的辐射表面是什么样的表面？试列举几种这样的表面。定向辐射强度定义为，单位时间在某方向上单位可见辐射面积（实际辐射面在该方向的投影面积）向该方向上单位立体角内辐射出去的一切波长范围内的能量。满足兰贝特定律的辐射表面是漫反射和漫发射的表面，简称漫射表面。如，相对于光线的粗糙表面、黑体表面和红外辐射范围的不光滑的实际物体表面都可以近似认为是漫射表面。21、按照基尔霍夫定律的要求，物体表面的黑度等于其吸收率应该在什么条件下成立？灰体是否需要这些条件？按照基尔霍夫定律的要求，物体表面的黑度应等于其对同温度的黑体辐射的吸收率，条件就是，发射体为黑体，且温度与吸收体的温度相同。由于灰体是单色吸收率为常数的物体，那么它对来自不同温度的如何物体都有相同的吸收率，因而是无条件具有黑度等于其吸收率。22、什么是灰体？在实际工程计算中我们把物体表面当作灰体处理应满足什么条件？而又为什么要满足这样的条件？灰体是单色吸收率为常数的物体。在实际工程计算中我们把物体表面当作灰体处理应满足的条件是物体的辐射换热过程必须在工程温度范围。这是因为在工程温度范围（2000K以下）物体的热辐射主要是红外辐射，而在红外辐射范围内大多数物体表面的吸收率仅在一个小范围内变化，因而可以将其视为常数，也就可以当作灰体处理。23、用辐射换热知识解释玻璃温室的工作原理？当太阳光照射到玻璃上时，玻璃对波长小于2.2mm的辐射能吸收比很小，从而使大部分太阳能可以进入到暖房内。暖房中的物体温度低，辐射能绝大部分位于红外区，而玻璃对于波长大于3的辐射能吸收比很大，阻止了辐射能向暖房外的散失。什么是辐射表面之间的角系数?在什么条件下角系数成为一个纯几何量？我们把1表面辐射出去的辐射能投到2表面上去的份额定义为表面1对表面2的角系数，记为X1，2。将从能量传递角度定义的角系数视为一个纯几何量，只能在等强辐射表面之间的能量传递中成立。25、什么是温度场？什么是温度梯度？傅立叶定律指出热流密度与温度梯度成正比所反映的物理实质是什么？温度场是传热学研究的系统（物体）中各个点上的温度的集合，也称为温度在时间和空间上的分布，数学表达式为,这是对于直角坐标系而言。温度梯度是温度场中任意点上的温度在其法线方向上的变化率，它是一个矢量，方向为该点的法线方向，其大小就是该方向的变化率的绝对值。热流密度与温度梯度成正比能反映出热量的传递是物体系统中能量分布不均匀或者不平衡的结果，因为这种不平衡导致温度分布的差异，而这种差异空间分布上越大，产生的热流密度也就越大。26、导热系数和热扩散系数各自从什么地方产生？它们各自反映了物质的什么特性？并指出它们的差异？导热系数是从傅立叶定律定义出来的一个物性量，它反映了物质的导热性能；热扩散系数是从导热微分方程式从定义出来的一个物性量，它反映了物质的热量扩散性能，也就是热流在物体内的渗透的快慢程度。两者的差异在于前者是导热过程的静态特性量，而或者则是导热过程的动态特性量，因而热扩散系数反映的是非稳态导热过程的特征。27、对流换热是怎样的过程，热量如何传递的？对流：指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。对流仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。对流两大类：自然对流与强制对流。影响换热系数因素：流体的物性，换热表面的形状与布置，流速28、何谓膜状凝结过程，不凝结气体是如何影响凝结换热过程的？蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。不凝结气体对凝结换热过程的影响：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大。蒸气在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。因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。29、试以导热系数为定值，原来处于室温的无限大平壁因其一表面温度突然升高为某一定值而发生非稳态导热过程为例，说明过程中平壁内部温度变化的情况，着重指出几个典型阶段。首先是平壁中紧挨高温表面部分的温度很快上升，而其余部分则仍保持原来的温度，随着时间的推移，温度上升所波及的范围不断扩大，经历了一段时间后，平壁的其他部分的温度也缓慢上升。主要分为两个阶段：非正规状况阶段和正规状况阶段30、灰体有什么主要特征？灰体的吸收率与哪些因素有关？灰体的主要特征是光谱吸收比与波长无关。灰体的吸收率恒等于同温度下的发射率，影响因素有：物体种类、表面温度和表面状况。31、气体与一般固体比较其辐射特性有什么主要差别？气体辐射的主要特点是：（1）气体辐射对波长有选择性（2）气体辐射和吸收是在整个容积中进行的32、说明平均传热温压得意义，在纯逆流或顺流时计算方法上有什么差别？平均传热温压就是在利用传热传热方程式来计算整个传热面上的热流量时，需要用到的整个传热面积上的平均温差。纯顺流和纯逆流时都可按对数平均温差计算式计算，只是取值有所不同。33、边界层，边界层理论边界层理论：（1）流场可划分为主流区和边界层区。只有在边界层区考虑粘性对流动的影响，在主流区可视作理想流体流动。（2）边界层厚度远小于壁面尺寸（3）边界层内流动状态分为层流与紊流，紊流边界层内紧靠壁面处仍有层流底层。34、液体发生大容器饱和沸腾时，随着壁面过热度的增高，会出现哪几个换热规律不同的区域？这几个区域的换热分别有什么特点？为什么把热流密度的峰值称为烧毁点？分为四个区域：1、自然对流区，这个区域传热属于自然对流工况。2、核态沸腾区，换热特点：温压小、传热强。3、过度沸腾区：传热特点：热流密度随着温压的升高而降低，传热很不稳定。4、膜态沸腾区：传热特点：传热系数很小。由于超过热流密度的峰值可能会导致设备烧毁，所以热流密度的峰值也称为烧毁点。35、阐述兰贝特定律的内容。说明什么是漫射表面？角系数具有哪三个性质？在什么情况下是一个纯几何因子，和两个表面的温度和黑度没有关系？兰贝特定律给出了黑体辐射能按空间方向的分布规律，它表明黑体单位面积辐射出去的能量在空间的不同方向分布是不均匀的，按空间纬度角的余弦规律变化：在垂直于该表面的方向最大，而与表面平行的方向为零。光谱吸收比与波长无关的表面称为漫射表面。角系数的三个性质：相对性、完整性、可加性。当满足两个条件：（1）所研究的表面是漫射的（2）在所研究表面的不同地点上向外发射的辐射热流密度是均匀的。此时角系数是一个纯几何因子，和两个表面的温度和黑度没有关系。36、试述气体辐射的基本特点。气体能当灰体来处理吗？请说明原因气体辐射的基本特点：（1）气体辐射对波长具有选择性（2）气体辐射和吸收是在整个容积中进行的。气体不能当做灰体来处理，因为气体辐射对波长具有选择性，而只有辐射与波长无关的物体才可以称为灰体。37、试说明管槽内强制对流换热的入口效应。流体在管内流动过程中，随着流体在管内流动局部表面传热系数如何变化的？外掠单管的流动与管内的流动有什么不同管槽内强制对流换热的入口效应：入口段由于热边界层较薄而具有比较充分的发展段高的表面传热系数。入口段的热边界层较薄，局部表面传热系数较高，且沿着主流方向逐渐降低。充分发展段的局部表面传热系数较低。外掠单管流动的特点：边界层分离、发生绕流脱体而产生回流、漩涡和涡束。38、为什么在给圆管加保温材料的时候需要考虑临界热绝缘直径的问题而平壁不需要考虑？圆管外敷设保温层同时具有减小表面对流传热热阻及增加导热热阻两种相反的作用，在这两种作用下会存在一个散热量的最大值，，在此时的圆管外径就是临界绝缘直径。而平壁不存在这样的问题。39、为什么二氧化碳被称作“温室效应”气体？气体的辐射与吸收对波长具有选择性，二氧化碳等气体聚集在地球的外侧就好像给地球罩上了一层玻璃窗：以可见光为主的太阳能可以达到地球的表面，而地球上一般温度下的物体所辐射的红外范围内的热辐射则大量被这些气体吸收，无法散发到宇宙空间，使得地球表面的温度逐渐升高。40、试分析大空间饱和沸腾和凝结两种情况下，如果存在少量不凝性气体会对传热效果分别产生什么影响？原因？对于凝结，蒸气中的不可凝结气体会降低表面传热系数，因为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大。蒸气在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。因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。大空间饱和沸腾过程中，溶解于液体中的不凝结气体会使沸腾传热得到某种强化，这是因为，随着工作液体温度的升高，不凝结气体会从液体中逸出，使壁面附近的微小凹坑得以活化，成为汽泡的胚芽，从而使q~Δt沸腾曲线向着Δt减小的方向移动，即在相同的Δt下产生更高的热流密度，强化了传热。41、太阳能集热器的吸收板表面有时覆以一层选择性涂层，使表面吸收阳光的能力比本身辐射能力高出很多倍。请问这一现象与吉尔霍夫定律是否矛盾？原因？基尔霍夫定律表明物体的吸收比等于发射率，但是这一结论是在“物体与黑体投入辐射处于热平衡”这样严格的条件下才成立的，而太阳能集热器的吸收板表面涂上选择性涂层，投入辐射既非黑体辐射，更不是处于热平衡，所以，表面吸收阳光的能力比本身辐射能力高出很多倍，这一现象与基尔霍夫定律不相矛盾。42、举例说明什么是温室效应，以及产生温室效应的原因位于太阳照耀下被玻璃封闭起来的空间，例如小轿车、培养植物的暖房等，其内的温度明显地高于外界温度，这种现象称为温室效应。这是因为玻璃对太阳辐射具有强烈的选择性吸收性，从而大部分太阳辐射能穿过玻璃进入有吸热面的腔内，而吸热面发出的常温下的长波辐射却被玻璃阻隔在腔内，从而产生了所谓的温室效应。43、数值分析法的基本思想对物理问题进行数值求解的基本思想可以概括为：把原来的时间、空间坐标系中连续的物理量的场，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。44、强化沸腾的方法强化沸腾的方法：1、强化大容器沸腾的表面结构，2、强化管内沸腾的表面结构。1．写出一维傅立叶定律的基本表达式，并注明其中各项物理量的定义。：热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量，W；：导热率，又称导热系数；：导热面积，m2；：温度t沿x方向的变化率；负号表示热量传递的方向和温度升高的方向相反。2．写出牛顿冷却公式的基本表达式并注明其中各物理量的定义。流体被加热时：流体被冷却时：或者：或：热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量，W；：热流密度，W/m2；：表面传热系数又称对流换热系数，W/（m2.k）；，：壁面温度和流体温度，℃；：温差，永远取正值，℃。3．写出黑体辐射换热的四次方定律基本表达式，并表明其中各物理量的定义。：热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量，W；：黑体的热力学温度，K;：斯忒藩—玻尔兹曼常量，即通常说的黑体辐射常数，它是个自然常数，其值为；：辐射表面积，m24．什么叫热阻？写出对流热阻，导热热阻的定义及基本表达式。热转移过程的阻力称为热阻。对流热阻：传热过程中由于对流作用而产生的热阻。导热热阻：传热过程中由于热传导作用而产生的热阻。5．简述串联热阻叠加的原则。串联热阻叠加原则与电学中串联电阻叠加原则相对应，即：在一个串联的热量传递过程中，如果通过各个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串于各个串联环节热阻之和。6．写出矢量傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。：传递的热流密度矢量；：空间某点的温度梯度；：通过该点的等温线上的法向单位矢量，方向指向温度升高的方向；：导热系数7．试利用能量守恒定律和傅立叶定律推导导热微分方程。从导热物体中取出一个任意的微元平行六面体，假定导热物体是各向同性的。如图所示，任一方向的热流量可以分解成、、坐标轴方向的分热流量、及。通过、、三个微元表面导入微元体的热流量可根据傅立叶定律写出为 （a）通过、、三个表面导出微元体的热流量亦可按傅立叶定律写出如下：（b）对于微元体，按照能量守恒定律，在任一时间间隔内有如下热平衡关系：导入微元体的总热流量＋微元体内热源的生成热＝导出微元体的总热流量＋微元体热力学能（即内能）的增量（c）其中：微元体热力学能的增量＝ （d）微元体内热源的生成热＝ （e）将式（a）、（b）、（d）及（e）代入式（c），整理得三维非稳态导热微分方程的一般形式：8．试使用热阻概念，计算通过单层和多层平板，圆筒和球壳壁面的一维导热稳态导热。（1）设单层平板壁厚为，导热系数为，两个表面分别维持均匀而恒定的温度和，则单层平板的面积热阻为，热流密度为。（2）多层平板时，设第层平板的壁厚为，导热系数为，多层平板两端的温度为和，则多层平板的总热阻为，热流密度为。（3）设圆筒内外半径分别为、，导热系数为，内外表面分别维持均匀恒定的温度和，则圆筒壁的热阻为，热流密度为。（4）设空心球壳内外半径分别为、，导热系数为，内外表面分别维持均匀恒定的温度和，则球壳壁面的热阻为，热流量为。9．试利用能量守恒定律和傅立叶定律推导等截面肋片的导热微分方程。对于等截面直肋，沿肋高方向肋片横截面面积保持不变，如图所示。肋根温度为，周围流体温度为。取一微元进行分析。做如下假定：（1）肋片在垂直于纸面方向很长，不考虑温度沿该方向的变化；（2）材料的导热系数及表面传热系数均为常数；（3）表面上的换热热阻远远大于肋片中的导热热阻，因而在任一截面上肋片温度可认为是均匀的；（4）肋片顶端绝热，及在肋的顶端。由假定可知为一维稳态导热。通过表面导入微元的热流量根据傅立叶定律写出通过表面导出微元的热流量亦可按傅立叶定律写出如下：由于为稳态导热，微元体热力学能的增量＝＝0，微元体内热源的生成热＝按照能量守恒定律，。整理后，得（a）设微元参与换热的截面周长为，则表面的总散热量为相应的微元体积为，则（b）将式（b）代入式（a），得引入过余温度，则上式可化为，其中。10．无内热源平板，两个表面分别维持均匀恒定的温度和，厚度为，导热系数，求一维平板内温度分布。建坐标系如图所示，该问题的数学描写为式（a）11．什么是肋效率？肋效率12．计算等截面直肋肋片内的温度分布及肋片表面散热量。等截面直肋的完整数学描写为式中，为常量。式（a）的通解为，将式（b）、（c）代入，得，则，肋片中的温度分布为肋片表面散入外界的全部热量都通过肋根截面，则肋片表面散热量为13．如图所示，平板具有均匀的内热源，其两侧同时于温度为的环境空气发生对流换热，表面传热系数为，求平板内的温度分布及热流密度。由于对称性，只需研究板厚的一半。其数学描写为对（a）作两次积分得，解得，解得则平板中的温度分布为热流密度由傅立叶定律得14．二维物体内等温线的物理意义为何？从等温线分布上可以看出那些热物理特征？温度场中同一瞬间同温度各点连成的面成为等温面。在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。当等温线图上每两条相邻等温线间的温度间隔相等时，等温线的疏密可直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。15．任意形状固体，体积为，表面积为，具有均匀的初始温度。在初始时刻，突然将其置于温度恒为的流体中，设。固体与流体间的表面传热系数及固体的物性参数保持常数。使用集总参数法，计算物体内部温度变化及到时间内的总换热量。导热微分方程的一般形式为。使用集总参数法，则物体的内部热阻可以忽略，温度与坐标无关，则上式简化为。界面上交换的热量折算成整个物体的体积热源。由上两式得该问题得导热微分方程为。引入过余温度，则上式可表示为（a）以过余温度表示的初始条件为 （b）将式（a）分离变量得，将其对从到积分，有解得。则物体内部温度随时间的变化关系瞬时热流量总换热量为 16．简述时间常数的定义及物理意义。时间常数。当时间时，物体的过余温度已经达到了初始过余温度的36.8％。在用热电偶测定流体温度的场合，热电偶的时间常数是说明热电偶对流体温度变动响应快慢的指标。时间常数越小，热电偶越能迅速反映出流体温度的变动。热电偶对流体温度变化反应的快慢取决于自身的热容量（）及表面换热条件（）。热容量越大，温度变化得越慢；表面换热条件越好（越大），单位时间内传递的热量越多，则越能使热电偶的温度迅速接近被测流体的温度。时间常数反映了这两种影响的综合效果。17．简述非稳态导热的正规状况阶段的物理意义及数学计算上的特点。在正规状况阶段，物体的初始温度分布的影响逐渐消失，物体中不同时刻的温度分布主要取决于边界条件和物性。数学计算上，当以后虽然物体中任一点的过余温度及中心的过余温度各自均与有关，但其比值均与无关而仅取决于几何位置（）及边界条件（数）。18．简述非稳态导热的正规状况阶段的判断条件。当时，初始条件的影响已经消失，即无论什么样的初始分布，只要，之值都是一样的，此时处于非稳态导热的正规状况阶段。19．如何用查图法计算无限大平板非稳态导热正规状况阶段的换热问题？20．如何用近似拟合公式法计算无限大平板非稳态导热问题？21．一半无限大平板具有均匀初始温度，在时刻，的一侧表面温度突然升高到，并保持不变，试确定物体内部温度随时间的变化及到时刻内表面上的热流量。数学描写为其分析解为则温度分布为其中，称为误差函数。平板中任一点出的热流密度为，于是表面上的热流密度为在时间间隔内，流过面积的总热量为22．对流换热是如何分类的？影响对流换热的主要物理因素有哪些？对流换热的分类如下所示：影响对流换热的因素主要有以下五个方面：（1）流体流动的起因；（2）流体有无相变；（3）流体的流动状态；（4）换热表面的几何因素；（5）流体的物理性质。23．对流换热问题的数学描写中包括那些方程？对于不可压缩、常物性、无内热源的二维问题，其完整的微分方程组为：质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程其中、是体积力在、方向的分量。24．自然对流和强制对流在数学方程的描述上有何本质区别？自然对流和强制对流的数学方程的区别主要是动量守恒方程上。25．从流体的温度场分布可以求出对流换热系数（表面传热系数），其物理机理和数学方法是什么?当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在靠近壁面的地方流速逐渐减小，而在贴壁处流体将被滞止而处于无滑移状态。即在贴壁处流体没有相对于壁面的流动。贴壁处这一极薄的流体层相对于壁面是不流动的，壁面与流体间的热量传递必须穿过这个流体层，而穿过不流动的流体层的热量传递方式只能是导热。因此，对流换热量就等于贴壁流体层的导热量。将傅立叶定律应用于贴壁流体层，可得。式中：为贴壁处壁面法线方向上的流体温度变化率；为流体的导热系数。将牛顿冷却公式与上式联立，即得：。即从流体的温度场分布可以求出对流换热系数。26．速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义是什么？在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层，又称速度边界层。通常规定达到主流速度的99％处的距离为速度边界层的厚度，记为。固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度记为。一般以过余温度为来流过余温度的99％处定义为的外边界。27．管外流和管内流的速度边界层有何区别？管外流情况下，换热壁面上的速度边界层能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。管内流情况下，当流体从大空间进入圆管时，速度边界层有一个从零开始增长直到汇合于管子中心线的过程。28．为什么说层流对流换热系数基本取决于速度边界层的厚度？29．为什么温度边界层厚度取决与速度边界层的厚度?30．对十分长的管路，为什么在定性上可以判断管路内层流对流换热系数是常数？31．如何使用边界层理论简化对流换热微分方程组？边界层理论有四个基本要点：（1）当粘性流体沿固体表面流动时，流场可划分为主流区和边界层区。边界层区内，流速在垂直于壁面的方向上发生剧烈的变化，而在主流区流体的速度梯度几乎等于零。（2）边界层厚度与壁面尺寸相比是个很小的量，远不只小一个数量级。（3）主流区的流动可视为理想流体的流动，用描述理想流体的运动微分方程求解。而在边界层内应考虑粘性的影响，要用粘性流体的边界层微分方程描述，其特点是主流方向流速的二阶导数项略而不计。（4）在边界层内流动状态分层流与湍流，而湍流边界层内紧靠壁面处仍有极薄层保持层流状态，称层流底层。应用边界层理论对动量守恒方程简化时，在方程中略去了主流方向的二阶导数项；略去了关于速度的动量方程；认为边界层中，因而用代替原来的。则动量守恒方程简化为将流动边界层的概念推广到对流换热中去，得到温度边界层，其厚度在数量级上是个与流动边界层厚度相当的小量。于是温度场也可区分为两个区域：温度边界层区与主流区。在主流区，流体中的温度变化率可视为零。于是，主流方向的二阶导数项可略去。则二维、稳态、无内热源的边界层能量方程为于是，二维、稳态、无内热源的边界层换热微分方程组简化为质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程32．如何将边界层对流换热微分方程组转化为无量纲形式？引入下列无量纲量：，，，，则有：质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程33．为什么说对强制对流换热问题，总可以有的数学方程形式？34．当量水利直径的定义和计算方法。35．湍流动量扩散率，湍流热扩散率，湍流普朗特数是如何定义的？当流体作湍流运动时，除了主流方向的运动外，流体中的微团还作不规则的脉动，会产生两个作用：（1）不同流层之间有附加的动量交换，产生了附加的切应力，称为湍流切应力；（2）不同温度层之间的流体产生附加的热量交换，称为湍流热流密度。假定湍流切应力可采用类似于分子扩散所引起的切应力那样的计算公式：，类似地式中，和分别为湍流动量扩散率和湍流热扩散率。，这里为湍流普朗特数。36．什么是雷诺比拟？它怎样推导出摩擦系数和对流换热系数间的比拟关系式？37．比拟和相似之间有什么联系和区别？比拟是用形式相仿或相同，但内容不同的微分方程式所描写的非同类现象之间的关系。而相似是指用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描写的同类现象之间的关系。38．简述使用相似分析法推导准则关系式的基本方法。相似分析法根据相似现象的基本定义——各个物理量的场对应成比例，对与过程有关的量引入两个现象之间的一系列比例系数（称相似倍数），然后引用描述该过程的一些数学关系式，来导出制约这些相似倍数间的关系，从而得出相应的相似准则数。39．简述使用定理推导准则关系式的基本方法。定理的内容为：一个表示个物理量间关系的量纲一致的方程式，一定可以转换成包含个独立的无量纲物理量群间的关系式。指个物理量中所涉及到的基本量纲的数目。应用定理获得准则关系式的步骤如下：（1）找出组成与本问题有关的各物理量量纲中的基本量的量纲。（2）将基本量逐一与其余各量组成无量纲量。（3）应用量纲和谐原理来决定步骤（2）中的待定指数。40．在有壁面换热条件时，作图表示出管内流体速度分布的变化特点。1——等温流；2——冷却液体或加热气体；3——加热液体或冷却气体。41．管内强制对流换热系数及换热量的计算方法是什么？如何确定特性长度和定性温度？对于管内湍流强制对流换热，。加热流体时，冷却流体时。此式适用于流体与壁面具有中等以下温度差的场合。式中采用流体的平均温度（即管道进、出口两个截面平均温度和的算术平均值）为定性温度，，取管内径为特征长度。实验验证范围：，，。对于管内层流换热，。定性温度为流体平均温度（按壁温计算），特征长度为管径。实验验证范围为：，，，且管子处于均匀壁温。则换热系数为：。换热量为：。42．流体横掠单管和管束时对流换热的计算方法是什么？流体横掠单管时，，及的值可查表。定性温度为；特征长度为管外径。数中的特征速度为通道来流速度。对于流体横掠管束，管子排数在10排以上时，，及的值可查表。定性温度采用，其中为管束中流体的平均温度；特征长度为管外径。中的特征速度采用整个管束中最窄截面处的流速。该式使用范围为。对于排数少于10排的管束，平均表面传热系数要乘以一个小于1的管排修正系数，得到。的值可查表。43．竖壁附近自然对流的温度分布，速度分布和换热系数有什么特点？温度分布的特点为：在贴壁处，流体温度等于壁面温度，在离开壁面的方向上逐步降低，直至周围环境温度，如图1所示。薄层内的速度分布则有两头小中间大的特点。贴壁处，由于粘性作用速度为零，在薄层外缘温度不均匀作用消失，速度也等于零，在偏近热壁的中间处速度有一个峰值，如图2所示。从换热壁面下端开始，层流薄层的厚度逐渐增加。与此相对应，局部表面传热系数也随高度增加而减小。如果壁面足够高，流体的流动将逐渐转变为湍流。旺盛湍流时的局部表面传热系数几乎是个常量。如图3所示。44．大空间自然对流换热的计算方法是什么？如何确定横管和竖管的特性长度？对于大空间自然对流换热，，对于符合理想气体性质的气体，格拉晓夫准则数中的体积膨胀系数。定性温度采用边界层的算术平均温度，指未受壁面影响的远处的流体温度。横管的特征长度取外径，竖管的特征长度取高度。45．如何区分自然对流是属于大空间自然对流还是受限空间自然对流？对于被同样加热的两个热竖壁形成的空气夹层，如图，底部封闭时，只要，壁面的换热就可应用大空间的换热规律计算；底部开口时，只要，壁面换热也可按大空间自然对流处理。46．如何计算物体表面自然对流和辐射换热同时需要考虑的换热问题？对流与辐射同时存在的换热过程称为复合换热。对于复合换热，常常采用把辐射换热量折合成对流换热量的处理方法。其具体处理方法如下：先按辐射换热的有关公式算出辐射换热量，然后将它表示成牛顿冷却公式的形式：。式中称为辐射换热表面传热系数。于是复合换热的总换热量可方便地表示成：。式中下标“”表示对流换热；为包括对流与辐射换热在内的总表面传热系数，称为复合换热表面传热系数。47．如何使用实验数据整理对流换热准则数实验方程式？48．对自然对流换热，自模化的有什么物理意义及工程应用意义？无论是常壁温，还是常热流密度，自然对流湍流时的换热规律都表明表面传热系数是个与特征长度无关的常量。这种特征称为自模化。利用这一特征，湍流自然对流的实验研究，可以用比已定特征数相等所要求的更小尺寸的模型进行模型研究，而只要保证仍处于湍流的范围就可以了。49．什么是混合对流？对于管内对流换热，自然对流对总换热量的影响低于10％的作为纯强制对流；强制对流对总换热量的影响低于10％的作为纯自然对流；这两部分都不包括的中间区域为自然对流与强制对流并存的混合对流。50．纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热分析解的基本推导方法是什么？在这个推导方法中最基本的假设是什么?以竖壁的膜状凝结为例，把坐标取为重力方向，如图所示。在稳态状况下，微分方程组为： （a） （b） （c）下标表示液相。对纯净饱和蒸汽层流液膜，作以下假设：（1）常物性；（2）蒸气是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力；（3）液膜的惯性力可以忽略；（4）汽液界面上无温差，界面上液膜温度等于饱和温度，；（5）膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移只有导热，而无对流作用；（6）液膜的过冷度可以忽略；（7），相对于可忽略不计；（8）液膜表面平整无波动。应用假定（3），式（b）左方可舍去。为液膜在方