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一、简答题

1． 何谓肋片效率？采用加装肋片来强化换热，对肋片的选材、肋片的形状和肋片效率有何要求？

【答案】肋片效率为肋片的实际散热量与假设整个肋片温度都与肋根温度相同时的理想散热量之比。肋片效率的主要影响因素有:

（1）肋片材料的热导率:热导率愈大，肋片效率愈高；

（2）肋片高度:肋片愈高，肋片效率愈低；

（3）肋片厚度:肋片愈厚，肋片效率愈高；

表面传热系数:表面传热系数愈大，肋片效率愈低。

2． 有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？

【答案】电流通过电子器件时会产生焦耳热，导致温度上升，于是产生了周围空气自然对流的动力。这种冷却方式无需外加动力，亦无噪声，而且一旦停电，电子器件也就不工作了，因而也就不存在冷却问题，因而说它是最可靠、最经济、无噪声污染的冷却方式是合适的。自然对流冷却方式的最大不足是其换热强度低。一种弥补的方法是采用扩展表面，即在热表面上加装垂直放置的肋片，以增加散热面积。

3． 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。

4． 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。

5． 钢铁表面约500℃, 表面看上去为暗红色；当表面约1200℃时，看上去变为黄色，这是为什么？

【答案】根据普朗克定律所揭示的关系

的1块厚玻璃组成，随着温度的升高，辐射能量中可见光

所占份额相应增加所至。

6． 简述气体辐射的特点。

【答案】气体辐射对波长有选择性；气体辐射和吸收是在整个容积中进行的。

7． 努谢尔特在建立竖壁层流膜状凝结换热模型时做了许多假设，在实际的膜状凝结过程中，由于不满足这些假设因素会对凝结过程带来哪些影响？

【答案】（1）如果有不凝结性气体存在，该气体因不凝结而聚集在冷凝面附近，使蒸气必须通过扩散才能到达冷凝面，从而使凝结换热性能大大降低。

（2）蒸气的流动，流动如果沿冷凝液流动方向，会使冷凝液膜变薄，从而增强换热，反之则削弱换热。逆方向高速流动的气流会吹落冷凝液膜，又使得换热增强。

（3）蒸气的过热和冷凝液膜的过冷也会影响凝结换热。实验证实，这项影响相对较小。

（4）在惯性力的作用下冷凝液膜的流动会使层流变为紊流，也会对凝结换热产生较大影响。

8． 非稳态导热采用显式格式计算时会出现不稳定性，试述不稳定性的物理含义。如何防止这种不稳定性？

【答案】（1）不稳定性的物理含义是指在显式格式离散方程中，后一时刻的温度取决于前一时刻的温度，同一节点温度前的系数有出现负值的可能性。如果出现负值，就意味着该点温度在前一时刻温度越高，则后一时刻温度将越低，甚至会出现比周围节点温度还要低的现象，这违背了热力学第二定律。

（2）为防止这种导致数值计算不稳定性的现象发生，要求空间网格和时间网格的选取必须满足一定的条件，从而使同一节点的离散系数不出现负值。

9． 用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水以哪些方式散发热量？打开水壶盖和盖上水壶盖，开水的冷却速度有何区别？

【答案】（1）用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水散发热量的方式:①水壶与地面间以导热方式传递热量；②水壶与周围空气间以自然对流换热方式传递热量，与周围环境以辐射换热方式传递热量；③壶嘴以蒸发方式散发热量。

（2）打开壶盖后，开水的蒸发速度加快，因此打开水壶盖相对于盖上水壶盖冷却得更快。

10．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。

二、计算题

11．在一次测定空气横向外掠单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据:管壁平均温度空气加热前后平均温度

【答案】

12．有一台套管式换热器，在下列条件下运行，传热系数保持不变:冷流体质量流量为0.125kg/S，比定压热容为

定压热容为2100J/

【答案】（1）

（2） 入口温度40℃，出口温度95℃。热流体质量流量仍为0.125kg/s, 比入口温度210℃。试求:（1）最大可能传热量；（2）效能；（3）为减 如果全部热量通过对流换热传给空气，求此时的对流换热表面传热系数。 ，管子外径d=14mm，加热段长80mm , 输入加热段的功率为8.5W 。少面积，换热器应按逆流还是顺流方式运行，这2种方式下传热面积之比为多少？

（3）由于逆流具有最大的对数平均温差，因此换热器应按逆流方式运行。

13．下面为两个第三类边界条件的表达式：

你认为哪一个式子是正确的？

【答案】图给出了热流密度和温度梯度的方向示意，温度梯度的方向与热量传递方向相反。 因此：正确。