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一、简答题

1． 解释边界层中

【答案】边界层中

的物理意义。

的物理意义是指沿壁面法线方向压强p 并不发生变化，边界层外主

流区压强变化的规律可推广应用到边界层内。

2． 两物体的温度分别为100℃及200℃，若将其温度各提高450℃并维持其温差不变，其辐射换热热流量是否变化？

【答案】会发生变化。因为物体的辐射力与其热力学温度的四次方成正比，而非一次方成正比。

3． 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。

4． 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。

5． 用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。

【答案】（1）选用导热系数更小的材料作套管； （2）尽量增加套管高度，并减小壁面导热系数； （3）强化套管与流体间的换热； （4）在储气筒外包以保温材料。

6． 两块厚度相同的无限大平壁，分别由金属铜和木头制成。若保持其两侧表面温度对应相等，那么，在常物性、稳态导热的情况下两平壁内的温度分布是否相同？为什么？

【答案】相同。因为对于常物性、无内热源的无限大平壁的稳态导热，第一类边界条件下其温度分布仅取决于边界温度，而与材料的导热系数无关。

二、计算题

7． 一外径为100mm 的钢管横穿过室温为27℃的大房间，管外壁温度为100℃，表面发射率为0.85。试确定单位管长的辐射散热损失。

【答案】本题为空腔与内包壁面间的辐射换热。

因

则

8． 对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式，两者有什么不同之处？

【答案】对流换热过程微分方程式：

第三类边界条件表达式：

取壁面法线方向为y 方向，

则

可见两者的表达形式是一致的。两者的不

同之处：（1）为局部值，在方程中是未知量；h 为平均值，在第三类边界条件中是已知量。

（2）对流换热过程微分方程式中

，

因边界条件不同而不同，由温度场确

定；第三类边界条件表达式中，为已知量，

和为未知量，仍需由温度场确定。

9． 如图所示的一维平壁的非稳态导热，已知边界面周围流体温度和边界面与流体之间的表面传热系数h ，取步长为

针对边界节点1，应用热平衡法推导出数值计算的显式差分格式，并给

出数值求解的稳定性条件。

图

【答案】热平衡方程为：

整理得到：

令

则显式差分格式为：

稳定性条件为：

所以

当

取定后，

受上式限制。

10．假设流体以相等的质量流量分别流经两个管子，且流动状态均为湍流，在其他条件均不变的情况下，请问大直径管子的对流换热系数是小直径管子对流换热系数的多少倍？

【答案】因为

11．两根不同直径的蒸汽管道，外面都覆盖一层厚度相同、材料相同的保温层。如果管子表面以及保温层外表面的温度都相同，试问:两个管子每米长度的热损失相同吗？请证明你的看法说法是正确的。

【答案】不同。设管子外径分别为和

且

，保温层厚为

则有:

由于

所以

。

即

所以有：