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一、简答题

1． 简述

和

准则的物理意义。

和

时，一维平板非稳态导热温度分布的特点（用

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

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

2． 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；温度升高的方向，

。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；

号表示热量沿温度降低的方向传递。

3． 量微分方程与固体导热微分方程两者有何区别？什么情况下

能量微分方程可转化为固体导热微分方程？

【答案】（1）区别：①能量微分方程是在流场中取微元体根据能量守恒定律推导得出，固体导热微分方程式是在固体中取微元体根据能量守恒定律推导得出。②前者考虑了热对流过程、导热过程和作用在微元体上的外力对微元体内流体所做的净功，后者仅考虑了导热过程。

（2）当流体静止时，u=0，v=0，此时：

能量微分方程转化为固体导热微分方程。

4． 冬天，在相同的室外温度条件下，为什么骑摩托车比步行时感到更冷些，一般要戴皮手套和护膝？

【答案】因为强制对流换热强度与流体壁面之间的相对速度有关，相对速度越大，对流换热越强。与步行相比，骑摩托车时相对速度较大，对流换热强度大些，因此人体会散失较多的热量从而感到更冷些。

皮手套和护膝，由于透气性差、导热系数小，增加了传热热阻，降低了散热量，从而起到保护作用。

5． 发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情形下可以按一维问题来处理？

【答案】（1）两端面绝热，圆周方向换热条件相同时，可以认为温度场只在半径方向发生变化；

（2）圆周面绝热，两端面上温度均匀，可以认为温度场只在轴向发生变化。

6． 饱和水在水平加热表面上沸腾（壁面温度可控）时，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是否也增加？为什么？

【答案】在自然对流区和核态沸腾区，随着壁面过热度热系数是增加的，因随增加。

当进一步提高再提高

时，进入过渡沸腾区。这时，由于的增加，在加热表面上形成一层汽膜，汽

膜的导热系数较小，热阻增加，致使沸腾换热表面传热系数下降。

进入稳定膜态沸腾区，加热表面上形成稳定的汽膜层。这时汽化只能在汽-液交界

的増加而增加。

面上进行。汽化所需热量靠导热、对流、辐射通过汽膜传递。因这时壁温很高，辐射热量急剧增加，沸腾换热表面传热系数又随

的增加，沸腾换热表面传

的増加产生汽泡的核心数增加，汽泡对流体的扰动剧增，表面传热系数

二、计算题

7． 冷藏箱壁由两层铝板中间夹一层厚100mm 的矿棉组成，内外壁面的温度分别为—5℃和25℃，矿棉的导热系数为损失増加多少？

【答案】（1）由热阻分析，两层铝板热阻可以忽略不计，干燥时冷损失为：

（2）假设环境温度30℃，相对湿度70%，对应露点温度燥层厚

此条件下的热损失为：

即

即

即

由

解得：

该损失是原散热量

8． 对导热系数分别为

的4.03倍。所以，保温材料需采取防潮、防水措施。

的双层大平板中的一维稳态导热问题进行数值计算，交界面e 处的

试：

的形式（式中称为界面结冰厚

含水层厚

干

求散冷损失的热流密度q 。大气水分渗透使矿棉变湿，且

和

问冷藏箱的冷

内层结冰。设含水层和结冰层的导热系数分别为

网格单元划分如图所示。界面e 是单元P 与单元E 的交界面。在用热平衡法建立节点E 的有限差分方程时，需要用到单元P 与单元E 之间交界面e 的热流密度

（1）写出热流密度的表达式。

（2）通过将（1）中的热流密度％的表达式整理成，导出界面导热系数导热系数）

的表达式。