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一、简答题

1． 什么是热边界层？能量方程在热边界层中得到简化所必须满足的条件是什么？这样的简化有何好处？

【答案】流体流过壁面时流体温度发生显著变化的一个薄层。能量方程得以在边界层中简化，必须存在足够大的贝克莱数，即

也就是具有

的数量级，此时扩散项

才

能够被忽略。从而使能量微分方程变为抛物型偏微分方程，成为可求解的形式。

2． 什么是显式格式？什么是显式格式计算中的稳定性问题？

【答案】（1）在非稳态导热的差分分析中，取温度对时间的向前差分，使后一时刻的温度分布完全取决于前一时刻的温度分布，而不必联立方程求解。这样的差分格式称为显式。

（2）在显式计算中，时间步长和空间步长的选择会影响求解过程的稳定性，选择得不适当会使温度产生震荡，而不收敛于某一数值，这是不符现实的。

3． 一台氟利昂冷凝器，氟利昂蒸气在光管外冷凝，冷却水在管内流动。为了强化这一传热过程，将管外改为低肋强化表面。后又采用管外与管内均有强化措施的双侧强化管，试分析其原因。

【答案】由于氟利昂蒸气导热系数和气化潜热很小，根据Nusselt 理论解，其凝结表面传热系数相对于管内对流换热系数要小很多，也就是氟利昂侧传热热阻大。采用低肋管后，可以将氟利昂侧凝结表面传热系数提高十多倍，这时管内传热热阻反而大于氟利昂侧热阻，因而管内也需要进行强化，从而使两侧热阻相当，才能收到更好的强化换热效果。

4． 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。

5． 为什么Pr>l的流体

，

由积分方程解也可

所以，Pr>l时，

【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：

6． 为什么白天从远处看房屋的窗孔有黑洞洞的感觉？

【答案】因为房屋尺寸比窗口尺寸大得多，外界通过窗口投射到房屋的能量，经房屋内壁多次吸收和反射，再经窗口射出的能量就比较小了，所以白天从远处看房屋窗孔就有黑洞洞的感觉。

如果窗口足够小，就是人工黑体模型。

二、计算题

7． 厚度等于的常物性无限大平板，

初始温度均匀为，过程开始后，左侧有一定热流密度的热源加热，

右侧与低温流体

相接触

，表面传热系数等于常数，所有物性参数已知，

写出该导热问题的数学描写（述）。

【答案】这是一个沿平板厚度方向的一维非稳态导热问题，其微分方程、边界及初始条件为：微分方程：初始条件：边界条件：

8． 一厚0.2m ，温度为80℃的无限大平壁，突然放入300℃的环境中对称加热，壁面与环境的表面传热系数为

材料的导热系数为

热扩散率为

试用数

值解法确定15min 和30min 时平壁内的温度分布。

【答案】由于对称受热，取半平板划分10段网格进行计算。0为中心节点，11为表面节点，节点方程如下：中心节点为绝热边界：

内部节点：

壁面：

9． 试计算下面两种尺寸相同的等厚直肋的肋效率，肋高H=25mm，厚度

①铝肋：导热系数②钢肋：导热系数【答案】①铝肋：

②钢肋：

表面传热系数

10．某采暖房间的尺寸为

已知屋顶内表面温度

间四周壁面和地板平均温度

时的物性参数为

:

限空间自然对流换热准则关联式为:

式中系数c 和n 如下表:

表系数c 和n 表

房间屋顶为厚度

表面发射率

表面发射率

的平屋顶,

平屋顶材料导热系数房间室内空气温度

已知空气在

无房

求屋顶外表面温度

【答案】（1）求屋顶内表面与空气间的对流换热量:

属紊流，查表，冷面朝下，

（2）求福射换热量:

（3）求