第三章 非稳态热传导
一、名词解释
非稳态导热：物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。

数Bi ：Bi 数是物体内部导热热阻λδ与表面上换热热阻h 1之比的相对值，即：λδh Bi =
o F 数：傅里叶准则数
2τ
l a Fo =，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。

二、解答题和分析题
1、数Bi 、o F 数、时间常数
c τ的公式及物理意义。

答：数Bi ：
λδh Bi =，表示固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比。

2τl a Fo =，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。

hA cV
c ρτ=， c τ数值上等于过余温度为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。

2、0→Bi 和∞→Bi 各代表什么样的换热条件？有人认为0→Bi 代表了绝热工况，是否正确，为什么？
答：1）0→Bi 时，物体表面的换热热阻远大于物体内部导热热阻。

说明换热热阻主要在边界，物 体内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻物体内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。

可以用集总参数法进行分析求解。

2）∞→Bi 时，物体表面的换热热阻远小于物体内部导热热阻。

在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，物体的表面温度就等于周围介质的温度。

但是，因为物体内部导热热阻较大，所以物体内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐下降。

在这种情况下，物体的冷却或加热过程的强度只决定于物体的性质和几何尺寸。

3）认为0→Bi 代表绝热工况是不正确的，0→Bi 的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。

3、厚度为δ2，导热系数为λ，初始温度均匀并为0t 的无限大平板，两侧突然暴露在温度为∞t ，表
面换热系数为h 的流体中。

试从热阻的角度分析0→Bi 、∞→Bi 平板内部温度如何变化，并定性画出此时平板内部的温度随时间的变化示意曲线。

答：1）0→Bi 时，平板表面的换热热阻远大于其内部导热热阻。

说明换热热阻主要在边界，平板
内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻平板内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。

平板温度分布见下图。

2）∞→Bi 时，平板表面的换热热阻远小于其内部导热热阻。

在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，平板的表面温度就等于周围介质的温度。

但是，因为平板内部导热热阻较大，所以平板内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，平板内部各点的温度逐渐下降。

平板温度分布见下图。

4、试说明集总参数法的物理概念。

答：当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热
热阻时，即当内外热阻之比趋于零时，影响换热
的主要环节是在边界上的换热能力，而内部由
于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关
心温度在空间的分布，温度只是时间的函数。

即忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为
集中参数法。

适用条件：物体的导热系数很大或者物体几何尺寸很小或表面传热系数极低。

5、什么叫时间常数c τ？试分析测量恒定的流体温度时c τ对测量准确度的影响。

答：
hA cV c ρτ=，具有时间的量纲，称为时间常数，c τ数值上等于过余温度为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。

c τ越小，表示。

测温元件热惯性越小，到达流体温度的时间越短。

测温元件的
时间常数大小对恒温流体的测量准确度没有影响，对变温流体的测量准确度有影响，
c τ越小，准确度越高。

6、在用热电偶测定气流的非稳态温度场时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性？
答：要改善热电偶的温度响应特性，需最大限度降低热电偶的时间常数。

如1）形状上要降低体面比；2）要选择热容小的材料；3）要强化热电偶表面的对流换热。

7、冬天，72℃的铁与600℃的木材摸上去的感觉一样，为什么？中央电视台1999年9月5日的《科技博览》指出。

答：因为人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的导温系数远远大于木头的导温系数。

短时间内摸一下，其过程相当于用铁或木材表面为手加热的过程
第五章 对流传热基础理论
一、名词解释
速度边界层（流动边界层）：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。

温度边界层（热边界层）：在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。

普朗特数r P ：a P ν
=r ，是动量扩散能力与热量扩散能力的一种度量。

二、解答题和分析题
写出影响对流换热的主要因素。

答：（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
第六章 单项对流传热
一、名词解释
书表6-1 数Bi 、o F 数、数Gr 、Nu 数、r P 数和Re 数的定义和物理意义。

二、解答题和分析题
1、什么叫做两个同类的物理现象相似？相似的物理现象有什么共性？
答：对于两个同类的物理现象，如果在相应的时刻及相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称两现象相似。

相似物理现象的共性有：1）只有同类的现象才能谈相似，2）与现象有关的物理量要一一对应成比例3）非稳态问题，要求在相应的时刻各物理量的空间分布相似。

2、两个同类物理现象相似的充要条件。

答：1）同名的已定特征数相等，
2）单值性条件相似。

第七章 相变对流传热
解答题和分析题
1、膜状凝结的强化原则和技术方法？工程设计的依据是珠状凝结还是膜状凝结换热？分析不凝结气体对膜状凝结传热的影响。

答：1）膜状凝结的强化原则和技术方法：
原则是尽量减薄蒸汽凝结后的液膜的厚度。

技术方法有：一是减薄蒸气凝结时直接粘滞在固体表面上的液膜。

具体技术有采用竖壁面或竖管，或表面加肋，成尖峰固体表面。

二是及时地将传热表面上产生凝结液体排走，具体技术有分段排泄或加泄流板。

2）工程设计的依据是膜状凝结换热。

3）对于膜状凝结传热，如果蒸气中含有不可凝结气体，则消弱了传热。

因为随着蒸气的凝结，靠近液膜表面的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，降低膜状凝结传热的表面传热系数，消弱了传热。

2、大容器饱和沸腾曲线可分为哪四个区段？并说明各阶段的传热机理（即试说明大容器沸腾的
q曲线中各部分的传热机理）。

~
t
答：分为自然对流区、核态沸腾区、过渡沸腾区和稳定膜态沸腾区。

自然对流区：壁面过热度较小，壁面上没有气泡产生，属于自然对流工况；
核态沸腾区：壁面上有气泡产生，随着壁面过热度的增加，汽化核心增加，气泡互相影响，并合并成气块或气柱，气泡扰动剧烈，具有温压小，换热强的特点。

过渡沸腾区：气泡汇聚覆盖在加热面上，蒸汽排除慢，导致热流密度随壁面过热度的增加而下降。

膜态沸腾区：加热面上形成了稳定的蒸汽膜层，热量必须穿过气膜而传递，热流密度岁壁面过热度的增加开始增大。

3、强化沸腾换热的原则是什么？不凝结气体的存在对沸腾换热系数是增大还是降低？为什么？答：1）强化沸腾传热的原则是尽量增加加热面上的汽化核心，即产生气泡的地点具体技术有：对于大容器沸腾的表面采用增加表面凹坑的方法；管内沸腾的表面采用内螺纹结构。

2）不凝结气体的存在使沸腾换热系数增大。

因为对于沸腾传热，随着工作液体温度的升高，溶解于液体中的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，汽化核心增多，在相同的温差下产更高的热流密度，强化了传热。