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一、简答题

1． 在对流换热的理论分析中，边界层理论有何重要意义？

【答案】边界层理论的主要意义在于，利用边界层的特征采用数量级分析法来简化对流换热微分方程组，使其变成更容易求解的形式，从理论上寻找出便利于求解h 的途径。

2． 蒸气中含有不凝结性气体，对膜状凝结换热有何影响？为什么？

【答案】蒸气中含有不凝结性气体，会使得膜状凝结换热表面传热系数大大减小。 原因:蒸气中含有不凝结性气体，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加，蒸气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，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，

减小了凝结的动力也使得凝结过程削弱。

3． 从泡态沸腾机理分析，为什么大容器核态沸腾时，沸腾液体具有一定的过热度？

【答案】气泡处于既不长大，又不缩小的平衡状态时，必须满足的力平衡条件和热平衡条件分别为:

当忽略液柱静压差时，

由热平衡条件可知，

与

对应的饱和温度为

令

与

对应的蒸气饱和温度为

由于

可以看出，沸腾液体总是具有一定的过

热度

4． 试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？（以暖气片管内走热水为例）。

【答案】（1）有以下换热环节及传热方式: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）；由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；

（2）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。

5． 两块厚度相同的无限大平壁，分别由金属铜和木头制成。若保持其两侧表面温度对应相等，那么，在常物性、稳态导热的情况下两平壁内的温度分布是否相同？为什么？

【答案】相同。因为对于常物性、无内热源的无限大平壁的稳态导热，第一类边界条件下其温度分布仅取决于边界温度，而与材料的导热系数无关。

6． 试述数和数的区别。

数中的为流体的导热系数，

为影响边界层厚度的几何尺寸。

数反映靠近壁面流体层

数反映物体内部的导热热阻与外部的换热热阻之间的

【答案】

数中的为物体的导热系数，为固体壁（如壁厚等）的某一尺寸；的导热热阻与对流换热热阻的相对大小；相对大小。

7． 建立图中所示气泡生成的条件。

图

【答案】在液体沸腾过程中一个球形汽泡存在的条件是液体必须有一定的过热度。这是因为从汽泡的力平衡条件得出们各自对应的饱和温度就不同有

，只要汽泡半径不是无穷大，蒸汽压力就大于液体压力，它

又由汽泡热平衡条件有

，而汽泡存在必须保持其

，即大于其对应的饱和温度，也就是液体必须过热。 饱和温度，那么液体温度

8． 用厚度为的2块薄玻璃组成的具有空气夹层的双层玻璃窗和用厚度为的1块厚玻璃组成的单层玻璃窗传热效果有何差别？试分析存在差别的原因。

【答案】（1）两玻璃窗传热效果的差别:双层玻璃窗的传热效果比单层玻璃窗差。

（2）存在差别的原因:双层玻璃窗增加了空气夹层，通常夹层厚度远小于窗的高度，自然对流难以展开，且空气的导热系数很小，因此増加了空气层热阻，传热系数比单层玻璃窗更小，保温效果更好。

9． 已知导热物体中某点在密度矢量？

【答案】（1）矢量大小:

（2）矢量的方向余弦:

10．为什么Pr>l的流体

，

由积分方程解也可

三个方向上的热流密度分别为如何获得该点的热流

【答案】Pr>l，说明流体传递动量的能力大于传递热量的能力，因此

以证明这一点。由动量积分方程得：

所以，Pr>l时，

二、计算题

11．一厚为的无限大平板，其一侧被加热，热流密度表面传热系数为

并求出平板内的温度分布函数及平板的最高温度。

【答案】建立如图所示的坐标，则该问题的微分方程式及边界条件为：

为常数，另一侧向温度为

的环境散热，

平板导热系数为常数。试列出平板中稳态温度场的微分方程式及边界条件，

求解微分方程，得：将两边界条件代入，

解得

则单层平壁内的温度分布表达式为：

平板中温度最高的界面在x=0处，因此平板的最高温度为：

图

12．设有5块厚30mm 的无限大平板，各用银、铜、钢、玻璃及软木做成，初始温度均匀，（20℃）两侧面突然上升到60℃，试计算使中心温度上升到56℃时各板所需的时间。5种材料的热扩散率

依次为论？

【答案】

由第一类边界条件：

代入平板中心无量纲过余温度：

由此计算你可以得出什么结