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一、简答题

1． 不同温度的等温面（线）不能相交，热流线能相交吗? 热流线为什么与等温线垂直？

【答案】（1）热流线也不能相交。这是因为与热流线垂直方向没有热流分量。

（2）热流线与等温线垂直的原因是因为如热流线不垂直于等温线，则等温线上必有一热流分量。而等温线上无温差，q=0, 只有热流线垂直于等温线才能使等温线上的分热流为零。

2． 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。

3． 简述和准则的物理意义。图形表示）。

【答案】

表示物体内部导热热阻

与物体表面对流换热热阴

的比值，它和第三

和时，一维平板非稳态导热温度分布的特点（用

类边界条件有密切的联系。

是非稳态导热过程中的无量纲时间，表示非稳态导热过程进行的深度。

意味着平板的导热热阻趋于零，平板内部各点的温度在任一时刻都趋于均匀一致，如

图1所示。

表明对流换热热阻趋于零，平板表面与流体之间的温差趋于零，如图2所示。

图1

图2

4． 叙述理论求解表面传热系数的基本途径。

【答案】对于常物性流体的对流换热问题，温度场与速度场可分别独立求解，属于非耦合问题。理论分析求解表面传热系数的基本途径是：

（1）由连续性方程和动量微分方程结合定解条件求出速度场； （2）已知速度场后，由能量方程结合定解条件求出温度场； （3）由对流换热过程微分方程式求出局部表面传热系数； （4）由积分方式求出平均表面传热系数。

如物性随温度变化，温度场与速度场必须联立求解，属于耦合问题。

5． 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

6． 试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。

【答案】（1）基本思想：把在时间、空间上连续的温度场用有限个离散点温度的集合来代替，通过求解按一定方法建立起来的关于这些点温度值的代数方程，获得各离散点上的温度值。

（2）步骤：①按所求问题的几何形状、求解精度和稳定性条件划分差分网络；②按物理条件和边界条件建立各节点差分方程，构成差分代数方程组；③求解。

二、计算题

7． 100℃的饱和水蒸气在由10×10根管子排列成顺排方阵的卧式冷凝器上膜状凝结（图a ）, 每根管子的外直径为18mm ，长2m , 表面温度

（1）第一排管子的凝结换热系数； （2）总的凝结水流量。

试求:

图顺排方阵的卧式冷凝器

【答案】（1）计算第一排管子的凝结换热系数时，其定型尺寸应为d 。

（2）计算多排管的平均凝结换热系数时，其定型尺寸应为nd , 即:

凝结水流量:

8． 厚度为10cm 的大平板，通过电流时发热功率为为

试确定平板中的最高温度。

【答案】该题的数学描写为：

平板的一个表面绝热，另一个表

平板的导热系数

面暴露于25℃的空气中。若空气与平板表面间的对流换热系数为

其解为：

据题意，平板的最高温度出现在x=0处，于是可得平板中的最高温度为：