2018年扬州大学水利与能源动力工程学院842传热学考研仿真模拟五套题
● 摘要
一、简答题
1． 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。
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． 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． 当把盛有稀饭的碗放在水盆中冷却时，搅动稀饭和搅动水盆中的水，两种情况下稀饭冷却的速度一样吗？为什么？
【答案】不一样。搅动稀饭冷却速度快（1分）。因为稀饭与水间的传热过程，稀饭侧热阻为主要热阻，要强化换热应首先从稀饭侧入手。而搅动稀饭时稀饭内部形成强制对流，并且各时刻稀饭内的温度基本相同，加大了稀饭外界间的传热湿差，冷却速度快。
5． 在青藏铁路建设中，采用碎石路基可有效防止冻土区的冻胀和融降问题，为什么？
【答案】碎石路基中的空隙可以有效阻止热量自上而下的传递，而能顺利地将冻土层的热量
自下而上的传递。其原因是:空隙内的空气的自然对流能将下方的热量传递到上方，而不能将上方的热量传递给下方，即路基中热量只能单向传递，这样就可以维持路基下冻土层的常年冻结。
6． 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
7． 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
8． 某混凝土空心砌块墙体如图1所示，其外形尺寸为层5，其中混凝土空心砌块的尺寸为
水泥砂浆厚度
厚度结胶浆厚度
混凝土部分导热系数
导热系数
本例题中的饰面层选择厚度
砖。墙体内表面温度为导热量。
墙体外表面温度为
20mm ，导热系数
空气当量导热系数聚氨酯保温板厚度
导热系数
导热系数
的普通瓷
内部空心的尺寸为
混凝土空心砌块
粘
该砌块墙体由
内向外由5层组成，依次为水泥砂浆1、混凝土空心砌块2、粘结胶浆3、聚氨酯保温板4和饰面
画出热阻图并求通过图示外墙的
图1 空心砌块墙体示意图
【答案】对于如图1所示的空心砌块墙体，其空心砌块部分分为混凝土部分和空心（空气）两部分，其热阻可以划分为三列串联的形式，并且每列又分别由三层并联组成，因此，混凝土空心砌块部分热阻图如图2所示。
整个空心砌块墙体的导热热阻，由五层热阻串联组成，如图3所示。 热阻图中各量为：