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一、简答题

1． 强化凝结换热的原则是什么？从换热表面的结构来说，强化凝结换热的基本思路是什么？

【答案】强化凝结换热的原则是:（1）尽可能减薄凝结液膜；（2）尽快排除凝结液；（3）及时排除不凝结性气体。为了强化凝结换热，应采用特殊的结构，充分利用表面张力的作用，减薄大部分表面的凝结液膜，并设置一定的通道，使凝液尽快排除。

2． 用高斯-赛德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛的解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？

【答案】（1）高斯-赛德尔迭代法求解代数方程时不一定能得到收敛的解；

（2）不一定能得到收敛的解其原因不是因为初场的假设不合适，而是由于迭代方式不合适。

3． 为什么珠状凝结的表面传热系数比膜状凝结的高？

【答案】由于珠状凝结时表面不易形成凝结液膜，相比膜状凝结没有液体膜层热阻，蒸气直接与冷壁面接触，因而表面传热系数高。

4． 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。

5． 在气温为10℃的房间内用细绳吊一段直径均匀的圆柱冰块，过一段时间后，冰块的形状会发生哪些变化？冰块会在绳上完全融化吗？

【答案】由题意知，该冰柱的融化过程相当于竖圆柱的自然对流换热。根据竖壁自然对流换热的机理，由于冰柱壁面温度低于周围空气温度，故流体贴壁向下流动，边界层上部薄而下部厚。局部对流换热系数上部较大而下部较小，因此，虽然冰柱整个会慢慢融化，但是上部融化较快，其形状会变得上部细、下部粗，不等在绳上全部融化完就会掉在地上。

6． 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。

和时间网格的选取

二、计算题

7． 直径为0.1mm ，长度为lm 的电阻丝水平地置于30℃的静止空气中，试问在不计辐射换热的情况下它每米长度上能承受的最大散热量是多少？如果考虑辐射换热，这一最大散热量朝哪个方向变化？该电阻丝的熔点为970℃。

附注：

（1）空气在水平圆柱体外自然对流换热的准则式：

（2）500℃空气的物性参数

：

【答案】最大散热量为相应于熔点温度下的表面换热量，有：

考虑辐射换热后，在同样壁温下增加了辐射换热量，可承受的热负荷可大大增加。

8． 某一加热板的壁厚为板的上下两侧边界面

导热系数且

该加热板具有均匀内热源

已知该加热

左侧边界面为绝热面，右侧边界面与温度为的流体直接

接触，且表面传热系数为h ，试建立该加热板稳态导热的数学模型。

【答案】该问题的物理模型如图所示。 导热微分方程式的通用形式为：

由题意可知，该问题的温度分布不受z ，因素的影响，且导热系数程可以化简为：

左侧边界为第二类边界条件：

右侧边界为第三类边界条件：

上侧边界为第一类边界条件

因此导热微分方

下侧边界为第一类边界条件

图 加热板导热

9． 一个复合壁将温度侧的表面传热系数

和

为2600℃的燃气和温度分别为

和

为100℃的液体冷却介质隔开。燃气和液体两

复合壁靠燃气一侧是厚度为10mm 求单位面积复合壁上的散热量

的氧化铂层，导热系数为及不锈钢板的最高温度。

靠液体一侧是厚度为20mm 的不锈钢板，

导热系数为

氧化铂与不锈钢板之间的接触热阻是

【答案】换热的等效电路图如图所示，则:

而则:

图

10．利用对比法求材料导热系数。将直径相同的A ，B 两种材料做成的细长杆置于同一流体中，流体温度为25℃。将两杆安装于温度为100℃同一表面上。同时测得离开该表面相同距离的两杆上的温度分别为数。

【答案】由题意知

则：

已知材料A 的导热系数为

求材料B 的导热系