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一、简答题

1． 试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？（以暖气片管内走热水为例）。

【答案】（1）有以下换热环节及传热方式:由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热；由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热； （强制对流）

（2）由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。

2． 为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不明显，试分析原因。

【答案】冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，效果不明显。

3． 写出格拉晓夫准则（数）的表达式及物理意义。

【答案】

表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小。

4． 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。

5． 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。

6． 对于流体外掠平板的流动，试利用数量级分析的方法，说明边界层内垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。

【答案】

设流体的来流速度为

在边界层内

的变化范围为

的变化范围为

根据连续方程有

平板的长度为

边界层厚度为

由边界层理论知

的变化范围为

利用量级分析有：

的变化范围为

即

所以

垂直于平板的速度与平行于平板的速度相比是个小量。

7． 写出傅里叶导热定律表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。

【答案】体本领的大小；

。其中

是热流密度矢量；是导热系数，它表示物质导热

是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向

是空间某点的温度梯度；

温度升高的方向，号表示热量沿温度降低的方向传递。

8． 试分别说明导热问题3种类型的边界条件。

【答案】（1）第一类边界条件:已知任意时刻物体边界上的温度分布； （2）第二类边界条件:已知任意时刻物体边界上的热流密度或温度梯度；

（3）第三类边界条件:已知任意时刻物体边界与周围流体间的对流换热情况，即已知表面传热系数h 和周围流体温度t f 。

9． 迪图斯-贝尔特公式采用什么方式来修正不均匀物性场对换热的影响？请分析修正方法的合理性。

【答案】（1）迪图斯坝尔特公式的两个表达式为：

式中，用

n=0.4；n=0.3。 来修正不均匀物性场对换热的影响。当加热流体时，当冷却流体时，

（2）修正方法的合理性：显然，加热液体时由于壁面附近液体黏性降低，边界层内速度分布 变得平缓，速度梯度增大；同理温度梯度也增大，h 増大，n 取0.4是合理的，符合h 增大的特征。

10．在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s 。从传热学角度，你认为此值可信吗？

【答案】

根据时间常数定义具体分析，不能盲目相信。

在一定条件下

可以认为是常数，但表面传热

系数h 却是与测温元件与被测物的换热条件有关。因此，对该说明书上表明的时间常数值要进行

二、计算题

11．图为一扇形区域中的二维、稳态、无内热源的导热问题，

其一侧平直表面维持均匀恒定温度

的表面绝热，其余表面与温度为

的环境换热，表面传热系数为，为用数值法确定区

和

划分计算区域，节点布置如图所示。假定

域中的温度分布，在径向和周向分别用定步长（不要求整理）

区域的物性参数已知且为常数，试用热平衡法建立节点1和7的离散方程（有限差分方程式）。

图

【答案】节点1和7所代表单元的热平衡式依次为： 节点1:节点7:

12．某种耐火砖体的导热系数为

①厚度为lm 的无限大平壁的中心温度； ②截面为③

【答案】①

解方程：

热扩散率初始温度为40℃，

经与650℃的高温气体接触100h 后，求下列3种不同砖体形状情况下的温度：

方形柱体的中心温度；

立方体的中心温度，其中一壁面绝热。

上述三种情况下，壁面与高温气体间的复合换热表面传热系数均为