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一、简答题

1． 为什么太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面，而辐射采暖板不需要做黑色？

【答案】（1）①太阳灶要求吸收太阳辐射的能量要多，而太阳辐射射线的能量主要位于短波范围，最佳的太阳灶受热面应是部分光谱全部吸收

，，黑色表面有利于吸收可见光（属于短波辐射）；②另一方面太阳灶要求本身辐射出去的能量要尽量少，而太阳灶本身辐射出去的能量因温度不是太高主要位于长波部分，粗糙表面能使长波辐射投射到自身而减少辐射热损失。

两方面综合，粗糙的黑色表面吸收太阳能最多，损失的长波辐射最少。把太阳灶的受热面做成粗糙的黑色表面能基本满足上述要求，因此，太阳灶的受热表面要做成粗糙的黑色表面。

（2）对于辐射采暖板，其表面温度不高，大部分福射射线的能量位于长波范围。此时，采用粗糙的黑色表面

，由基尔霍夫定律，反而阻碍其散热，因此辐射采暖板不需要做成黑色。

2． 蒸气中含有不凝结性气体，对膜状凝结换热有何影响？为什么？

【答案】蒸气中含有不凝结性气体，会使得膜状凝结换热表面传热系数大大减小。

原因:蒸气中含有不凝结性气体，在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增加，蒸气抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力；同时蒸气分压力的下降，使相应的饱和温度下降，

减小了凝结的动力也使得凝结过程削弱。

3． 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。

4． 什么是“半无限大”物体？半无限大物体的非稳态导热存在正规状况阶段吗？

【答案】（1）所谓“半无限大”物体，是指平面一侧空间无限延伸的物体。

（2）因为物体向纵深无限延伸，初始温度的影响就远不会消除，所以半无限大物体的非稳态导热不存在正规状况阶段。

5． 热量、热流量与热流密度有何联系与区别？

【答案】（1）①热量Q ，其单位为J （kJ ）; ②热流量

内传递的热量，又称传热速率；③热流密度q ，其单位为

面积所传递的热量。

（2）如记为传热时间，则三者间有如下的关系:

式中，A 为传热面积，

6． 结合非稳态导热分析解的形式，分析热扩散率在非稳态导热中的作用。

【答案】从分析解形式可见，物体的无量纲过余温度是傅里叶数的负指数函数，即表示在相同尺寸及换热条件下，热扩散率越大的物体到达指定温度所需的时间越短，这正说明热扩散率所代表的物理含义。

7． 什么是物体表面的黑度，它与哪些因素相关？什么是物体表面的吸收率，它与哪些因素相关？它们之间有什么区别？

【答案】物体表面的黑度被定义为物体表面的辐射力与其同温度下黑体辐射的辐射力之比，它与物体的种类、表面特征及表面温度相关。物体表面的吸收率是表面对投入辐射的吸收份额，它不仅与物体的种类、表面特征和温度相关，而且与投入福射的能量随波长的分布相关，也就是与投入福射的发射体的种类、温度和表面特征相关）。比较两者的相关因素不难看出它们之间的区别，概括地说黑度是物体表面自身的属性，而吸收率确不仅与自身有关情况有关还与外界辐射的情况紧密相连。

8． 扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么? 有人认为只要扩展表面细长，就可按一维问题处理，你同意这种观点吗？

【答案】（1）扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是扩展表面细长，且导热系数大；

（2）不同意，表面传热系数相对较小的条件下（

）才可以按一维问题来处理。 其单位为W （kW ）, 是单位时间q 是单位时间内通过单位

二、计算题

9． 临界雷诺数平均换热准则关联式。

【答案】外掠平壁湍流换热时，如壁面足够长，壁前面部分为层流区域，以后发展为湍流区域，全壁长范围内的平均表面传热系数应按层流段和湍流段以加权平均的方法求解。

层流：

试推导出代替的外掠平壁湍流

湍流：

其中

考虑到层流段的影响后，平壁湍流边界层平均表面传热系数计算式为：

其中

故

取时，代入上式，整理后得：

取

10．厚度为度为时，此时：

导热系数为无内热源、初始温度均匀并为的无限大平板，两侧面突然暴露在温且与平板发生对流换热的流体中。试在如图1所示的坐标系中定性画出当时不同时刻平壁内部和流体中的温度分布。