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一、简答题

1． 肋片高度增加引起两种效果:肋效率下降和散热表面积增加。因而有人认为，随着肋片高度的 增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片散热量反而会下降。试分析这一观点是否正确。

【答案】（1）这一观点是不正确的。 （2）计算公式表明，肋片散热量与以散热量不会

随高度増加而下降。

2． 大容器沸腾换热过程有哪几个主要的区域，并指出临界热流密度在什么情况下会对加热壁面造成损坏？

【答案】大容器沸腾换热过程有四个主要的区域，分别是:自然对流沸腾区、核态沸腾区、过渡沸腾区和膜态沸腾区。

由于到达临界热流密度后加热壁面温度的升高反而使热流密度下降，直至进入稳定膜态沸腾后换热热流密度才随热流密度的升高而再次増加，但此时加热壁面温度已相当高。这样，在控制热流密度的加热过程中，当加热热流密度高于临界热流密度后就会引起壁面温度的急剧升高，从而会造成加热壁面的损坏（如电加热、核反应堆燃料棒的加热过程）。因此，在实际工作中应避免沸腾换热的设备运行在临界热流密度附近。如果是控制加热壁面温度的加热过程就不会出现上述现象，也就不必控制临界热流密度。

3． 对于第一类边界条件的稳态导热问题，其温度分布与导热系数有没有关系？

【答案】导热问题的完整数学描述包括导热微分方程和定解条件。在导热系数为常数的稳态导热问题中，只有第一类边界条件下的无内热源稳态导热问题的分析解才与导热系数没有关系，即导热系数只影响热流量，而不影响温度场。

4． 速度边界层的概念及如何定义边界层厚度。

【答案】这种在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为速度边界层（或流动边界层）。通常规定达到主流速度的99%处的距离定义为边界层厚度，记为

5． 冬天，房顶上结霜的房屋保暖性能好，还是不结霜的好？

的双曲正切成正比，而双曲正切是单调增加函数，所

【答案】（1）同样的室温条件下，房顶上结霜的房屋保暖性能好。

（2）原因是结霜屋顶的热阻更大，使得其外表面温度较低，因而保暖性能好。

6． 热量、热流量与热流密度有何联系与区别？

【答案】（1）①热量Q ，其单位为J （kJ ）; ②热流量内传递的热量，又称传热速率；③热流密度q ，其单位为面积所传递的热量。

（2）如记为传热时间，则三者间有如下的关系:

式中，A 为传热面积，

7． 在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖好，还是多孔的空心砖好? 为什么？

【答案】（1）在寒冷的北方地区，建房用砖采用多孔的空心砖好。 （2）因为在其他条件相同时，实心砖材料的导热系数约为满着静止的空气，空气在纯导热（即忽略自然对流）时导热系数约为心砖是很好的绝热材料。寒冷地区建房用多孔空心砖好。

8． 根据数量级分析，边界层连续性方程并未得到简化，为什么？

【答案】边界层连续性方程并未得到简化充分说明y 向的速度v 与边界层厚度属同一数量级的微小量。

9． 两根直径不同的蒸汽管道，外表面敷设厚度相同，材料相同的绝热层。若两管道绝热层内外表面温度分别相同，两者每米长的热损失相同吗？

【答案】不相同，大管的传热面积大，热损失大。

10．试说明用热平衡法对节点建立温度离散方程的基本思想。

【答案】用热平衡法对节点建立温度离散方程的基本思想是用有限小元体代替微分分析中的无限小微元体，用傅里叶定律写出与周边元体的导热量，由净导热量与内热源量和内能增量之间的能量平衡关系得到节点方程。

而多孔空心砖中充

可见，空

其单位为W （kW ）,

是单位时间

q 是单位时间内通过单位

二、计算题

11．一所平顶屋，屋面材料厚冬初，室内温度维持

导热系数

屋面两彻的发射率均为0.9。

屋顶

此时室内顶棚温度

，室内四周壁面温度亦为18℃, 且它的面积远大于顶棚面积。天空有

问当室外气温降到多少度时，屋面即开始结霜

为多少？本题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数？

【答案】分析传热方向，本题热量经顶棚由室内传递到室外，因此顶棚内表面温度应低于室温。

（1）求室内顶棚温度室内复合换热量

稳态时由热平衡，应有如下关系式成立:

室外复合换热量

效辐射温度为-60℃，室内顶棚对流换热表面传热系数

=屋面导热量但

式中:由

为四周壁面温度，由题意知

结霜时

所以:

整理得:

或

列表计算如下表:

表

解得:

（2）求室外气温

由

可得:

（3）求复合换热表面传热系数

和

注意到传热方向即可求得复合换热表面传热系数和传热系数。

故