哈尔滨工业大学2007至2008学年第一学期CAD和CAM技术基础期末考试试题A
哈尔滨工业大学2008-2009学年春季学期期末考试试题与答案
一、解释概念
【5-1】名词解释：流动边界层
解：固体壁面附近流体，由于粘性导致速度急剧变化的薄层称为流动边界层（速度边界层）。
【6-1】名词解释：定性温度
解：用以确定特征数中流体物性的温度称为定性温度。 【8-1】名词解释：辐射力 解：辐射力是指单位时间、单位面积的辐射表面向半球空间所有方向所发射的全部波长
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的总能量，其单位为W/m。
【8-1】名词解释：灰体
解：光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。
二、分析论述与回答问题
【2-1】写出傅里叶导热定律表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。
解：q???gradt????tn。其中q是热流密度矢量；?是导热系数，它表示物质导?n热体本领的大小；gradt是空间某点的温度梯度；n是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向，“﹣”号表示热量沿温度降低的方向传递。
【6-1】写出努谢尔数Nu与毕渥数Bi表达式并比较异同。
解：从形式上看，Nu数?Nu???hl?hl??Bi?与数Bi???完全相同，但二者的物理意义
?????却不同。Nu数中的?为流体的导热系数，而一般h未知，因而Nu数一般是待定准则。Nu数的物理意义表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，它表示流体对流换的强弱。而Bi数中的?为导热物体的导热系数，且一般情况下h已知，Bi数一般是已定准则。Bi数的物理意义是导热体内部导热热阻?l/??与外部对流热阻?l/h?的相对大小。
【8-1】 “善于发射的物体必善于吸收”，即物体辐射力越大，其吸收比也越大。你认为对吗？为什么？
解：基尔霍夫定律对实际物体成立必须满足两个条件：物体与辐射源处于热平衡，辐射源为黑体。也即物体辐射力越大，其对同样温度的黑体辐射吸收比也越大，善于发射的物体，必善于吸收同温度下的黑体辐射。所以上述说法不正确。
【2-1】厚度等于?的常物性无限大平板，初始温度均匀为t0 ，过程开始后，左侧有一定热流密度qw的热源加热，右侧与低温流体tf相接触t0?tf，表面传热系数h等于常数，所有物性参数已知，写出该导热问题的数学描写（述）。
解：这是一个沿平板厚度方向的一维非稳态导热问题，其微分方程、边界及初始条件为：
微分方程：pc???t????????。 ???x??x?初始条件：??0,t(x,0)?t0。
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哈尔滨工业大学2007至2008学年第一学期CAD和CAM技术基础期末考试试题A
边界条件：x?0,???t?x?qw；x??,??x?0?t?x?h[t(?,?)?t?]。
x??【4-1】如图所示，一个二维稳态导热物体，其导热系数?为常数，右侧平直边界面与环境同时发生对流与辐射换热，其表面发射率为?。环境可看作无限大空间，温度为T?、边界面的表面传热系数为h。试建立数值求解边界节点温度TM,n的离散方程。
解：可采用热平衡法或有限差分法离散。以热平衡法为例：
?e??w??n??s?0
其中，?e??(tM?1,n?tM,n)??y/?x
?n??(tM,n?1?tM,n)??x/2?y?s??(tM,n?1?tM,n)??x/2?y?w?h(t??tM,n)??y???[(t??273)4?(tM,n?273)4]??y整理得到边界节点（M, n）的稳态导热离散方程：
??y?x?4 ???h?y????tM,n????y(tM,n?273)
?y???x???y?xtM?1,n?h?yt???(tM,n?1?tM,n?1)????y(t??273)4 ?x2?y
【5-1】对于流体外掠平板的流动，试利用数量级分析的方法，从动量方程
?u?u?2uu?v??2引出边界层厚度的如下变化关系式：?/x1/Rex。 ?x?y?y解：由外掠平板的流动的动量微分方程：
?u?u?2uu?v??2 ?x?y?y页脚内容
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哈尔滨工业大学2007至2008学年第一学期CAD和CAM技术基础期末考试试题A
由于uu?,xx,y?|，而由连续性方程：
?u?u??0?x?y
uv ? x?可知vu??|，因此，动量微分方程式中个项的数量级如下： x?u?u?2u u?v|??2?x?y?y
uuuuu?? ??? ??xx??2u?2在边界层内，粘性力项与惯性力项具有相同数量级，即：
x即：
?u??2。
?|2x2?x。因此有： u??/x1/Rex
【9-1】表面2的辐射换热量?1,2；(2)半球表面的温度T3表达式。（要求：画出网络图、标出各项辐射热阻、求出角系数）
解：
（1）画出给辐射换热系统的热网络图，如图所示。
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哈尔滨工业大学2008-2009学年春季学期《传热学》期末考试试题与答案
