高等传热学知识重点(含答案)2019

高等传热学知识重点
1.什么是粒子的平均自由程，Knusen数的表达式和物理意义。

Knusen数的表达式和物理意义：（Λ即为λ，L为特征长度）
2.固体中的微观热载流子的种类，以及对金属/绝缘体材料中热流的贡献。

3.分子、声子和电子分别满足怎样的统计分布律，分别写出其分布函数的表达式
分子的统计分布：Maxwell-Boltzmann（麦克斯韦-玻尔兹曼）分布：
电子的统计分布：Fermi-Dirac（费米-狄拉克）分布：
声子的统计分布：Bose-Eisentein（波色-爱因斯坦）分布；
高温下，FD,BE均化为MB；
4.什么是光学声子和声学声子，其波矢或频谱分布各有特性？
答：声子：晶格振动能量的量子化描述，是准粒子，有能量，无质量；
光学声子：与光子相互振动，发生散射，故称光学声子；
声学声子：类似机械波传动，故称声学声子；
5.影响声子和电子导热的散射效应有哪些？
答：影响声子（和电子）导热的散射效应有（热阻形成的主要原因）：
①界面散射：由于不同材料的声子色散关系不一样，即使是完全结合的界面也是有热阻的；
②缺陷散射：除了晶格缺陷，最典型的是不纯物掺杂颗粒的散热，散射位相函数一般为Rayleigh散
射、Mie散射，这与光子非常相似；
③声子自身散射：声子本质上是晶格振动波，因此在传播过程中会与原子相互作用，会产生散射、
吸收和变频作用。

6.简述声子态密度（Density of State）及其物理意义,德拜模型和爱因斯坦模型的区别。

答：声子态密度（DOS）[phonon.s/m3.rad]：声子在单位频率间隔内的状态数（振动模式数）Debye（德拜）模型：
Einstein（爱因斯坦）模型：
7.分子动力学理论中，L-J势能函数的表达式及其意义。

答：Lennard-Jones 势能函数（兰纳-琼斯势能函数）,只适用于惰性气体、简单分子晶体，是一种合理的近似公式；式中第一项可认为是对应于两体在近距离时以互相排斥为主的作用，第二项对应两体在远距离以互相吸引（例如通过范德瓦耳斯力）为主的作用，而此六次方项也的确可以使用以电子-原子核的电偶极矩摄动展开得到。

8.热传导的两步模型所反映的物理过程。

常用的微尺度温度/热物性测量方法。

9.闪光法物性测量方法的假设条件和限制条件。

10.能够绘制出时域热反射(TDTR)实验系统的原理简图，了解交流测量的优势以及锁相放大
器的主要功能。

11.速度边界层和热边界层的定义及区别。

12.熟悉管内层流热边界层分布和自由对流外部热边界层分布。

13.高Pr数和低Pr数管内湍流热边界层分布特点。

答：Pr：，表征流体流动中动量交换与热交换相对重要性的一个无量纲参数;
高Pr流体湍流边界层发展速度较低Pr流体更慢。

14.湍流边界层沿高程分布的定性结构，了解Couette 流动假设。

答：湍流边界层沿高程分布的定性结构：
Couette流动假设:
15.了解热辐射不同的应用背景。

16.热辐射的普朗克定律，维恩位移定律。

答：①普朗克黑体辐射定律：黑体辐射按波长的分布规律（即单色辐射率）
②维恩位移定律：
17.什么是Stefan-Boltzmann定律，解释什么是发射率，什么是吸收率，什么是黑体，什么是灰体。

答：
①发射率（黑度）：，物体表面单位面积上辐射出的辐通量与同温度下黑体辐射出的辐通量的比值；
②吸收率：α，投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射能之比；
③黑体：吸收比为1，发射吸收均为同温度下最大的理想模型；
④灰体：发射率为常数，与波长角度无关的理想模型
18.简述基尔霍夫定律的表达式及其物理意义。

答：热平衡时，任意物体对黑体投入辐射的吸收率等于同温度下该物体的发射率；
注意：无论是否热平衡，普通表面的单色黑度和单色吸收率始终是相等的。

19.辐射传输控制方程的表达式。

辐射的常用数值计算方法有哪些？什么是离散坐标法？答：辐射微分方程：
常用数值计算方法：
离散坐标法：一种直接求解辐射微分方程的方法，类似CFD的动量方程求解。

其适应性广，效率与精度均较高。

既然定向辐射强度I有方向性，每个单元发射和吸收的定向辐射来自四面八方，离散坐标是指将这些定向辐射只离散到有限的几个空间方位内，每个空间方位占据一个空间立体角。

当这些有限个方位内的定向辐射强度通过方程求解后，即可通过加权求和得到辐射热流和辐射换热量。

方法：①首先对方为空间进行划分（Lathrop-Carlson划分法等）；②对辐射微分方程进行离散化：③对边界面进行离散化；④对每个划分的小空间的方程，利用CFD方法求解。

⑤加权求和得到辐射热流和辐射换热量。

缺点：易产生假扩散或射线盲区效应。

20.简述近场辐射的概念及其存在的条件。

答：近场辐射：通常两表面间的距离远大于热辐射波长λ，两表面间通过电磁波传递能量，辐射换热量不可能超过黑体间的辐射换热量。

但当两表面非常接近，间距小于热辐射波长λ时，将产生一类新的电磁相互作用（如光子隧道效应），由于界面间电荷偶极子的共振效应与电磁涨落作用（电荷无规热运动），使得出现辐射作用远强于黑体辐射（高3-5量级）的反常传热效果的现象，即为近场辐射。

存在条件：两表面间距小于热辐射波长λ。

21.分析导热和对流的能量方程时，两类方程的主要区别是什么？
22.能量方程的分析求解过程中，反映过程与周围环境相互作用的条件的第一类、第二类、
第三类边界条件分别是什么？
23.二维边界层分析中，速度、热和传质的边界层内有哪些关系式？
24.三个无量纲参数，普朗特数Pr、施密特数Sc和刘易士数Le的定义和区别是什么？
25.湍流分析过程中，Reynolds时均的定义是什么？
26.层流外部边界层的流动和换热的应用背景有哪些？
27.强迫与自由综合对流或者自由与强迫混合对流在很多工程装置和自然界的传递过程中都
会发生，对于Pr=0.7的助流情况，如何区分流动的状态？
28.什么是范德瓦尔斯力，其组成和性质是什么。

答：Vdw组成：诱导力（Wind:induction force）、色散力（Wdisp:dispersion force）、取向力（Worient：dipole-dipole force）。

29.试简述Hamaker常数和脱离压的定义和物理含义，Hamaker常数与表面浸润性的关系。

30.接触角的含义及Young方程的表达式，理解接触角与浸润性的关系，及浸润性的影响因
素。

31.沸腾气泡产生及生长的三个基本条件，气泡生长阶段及其特点。

32.流动沸腾产生沸腾抑制的原因，流动饱和沸腾的传热机理。

33.常规尺度和微尺度通道内气液两相流的流型，及产生区别的原因。

34. 理解下列无量纲数或参数的名称和物理意义。

35. 从热力学的角度（最小自由能和熵增原理），理解相变的物理本质（F ＝E-TS ）。

答：
()l l
s
v lv c Ja T T h ρρ∞=
−/Ca u μσ
=2/We u d ρσ
=1/2
[/()]c l v l g σρρ=−Kn L
λ=
2
2(/)()/d h c l v h
Bo D l g D ρρσ
==−
36.提高沸腾相变换热系数的几种常用方法，临界热流密度产生的机理。

37.珠状凝结与膜状凝结换热性能的区别，珠状凝结换热的主要热阻。

38.简述热管的基本传热原理和特点，热管的传热能力受哪些因素的制约？毛细芯设计的基本原则
是什么？
39. 简述（火积）的概念及在传热性能优化中的应用原理。

40. 简述热波模型的物理含义。

热波模型：一种基于熵产的非傅里叶导热模型
41.试用热阻网络法分析槽式聚光吸热器的传热过程，并列出相应的微分方程组及边界条件。