2025年傳熱試題庫及答案一、選擇題1.下列關(guān)于傅里葉定律的表述中，正確的是（）。A.熱流密度與溫度梯度成正比，方向與溫度梯度相同B.熱流密度與溫度梯度成反比，方向與溫度梯度相反C.熱流密度與溫度梯度成正比，方向與溫度梯度相反D.熱流密度與溫度梯度成反比，方向與溫度梯度相同答案：C2.一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，平壁內(nèi)溫度分布為直線的條件是（）。A.材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度線性變化B.材料導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)C.平壁兩側(cè)溫差為零D.平壁內(nèi)存在內(nèi)熱源答案：B3.對(duì)于無限長(zhǎng)圓管的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，下列說法錯(cuò)誤的是（）。A.徑向熱流密度隨半徑增大而減小B.徑向熱流量沿半徑方向不變C.管壁內(nèi)溫度分布為對(duì)數(shù)曲線D.增加保溫層厚度一定能減少熱損失答案：D（當(dāng)保溫層外徑小于臨界熱絕緣直徑時(shí)，增加厚度可能增大熱損失）4.對(duì)流換熱系數(shù)的單位是（）。A.W/(m·K)B.W/(m2·K)C.J/(kg·K)D.W/K答案：B5.畢渥數(shù)（Bi）的物理意義是（）。A.物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與表面對(duì)流熱阻的比值B.表面對(duì)流熱阻與物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的比值C.慣性力與粘性力的比值D.浮升力與粘性力的比值答案：A6.大空間自然對(duì)流中，當(dāng)GrPr（格拉曉夫數(shù)與普朗特?cái)?shù)的乘積）大于10?時(shí)，流動(dòng)處于（）。A.層流狀態(tài)B.過渡流狀態(tài)C.湍流狀態(tài)D.無法判斷答案：C7.下列關(guān)于輻射換熱的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.黑體的發(fā)射率為1，吸收率也為1B.灰體的發(fā)射率等于其吸收率（同溫度下）C.兩物體間的輻射換熱量與它們的溫度四次方差成正比D.角系數(shù)僅與物體的幾何形狀和相對(duì)位置有關(guān)，與表面發(fā)射率無關(guān)答案：C（應(yīng)為絕對(duì)溫度的四次方差）8.珠狀凝結(jié)換熱系數(shù)遠(yuǎn)高于膜狀凝結(jié)的主要原因是（）。A.珠狀凝結(jié)表面無連續(xù)液膜，減少了導(dǎo)熱熱阻B.珠狀凝結(jié)時(shí)液膜厚度更大，增強(qiáng)了對(duì)流C.珠狀凝結(jié)的表面溫度更高D.珠狀凝結(jié)的蒸汽流速更快答案：A9.強(qiáng)化傳熱時(shí)，應(yīng)優(yōu)先降低（）。A.導(dǎo)熱熱阻B.對(duì)流熱阻C.最大的分熱阻D.最小的分熱阻答案：C10.對(duì)于肋片效率，下列說法正確的是（）。A.肋片越長(zhǎng)，效率越高B.肋片材料導(dǎo)熱系數(shù)越大，效率越高C.肋片厚度越薄，效率越高D.環(huán)境對(duì)流換熱系數(shù)越大，效率越高答案：B二、填空題1.純銅的導(dǎo)熱系數(shù)約為______W/(m·K)（常溫下）。答案：4012.傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為______。答案：q=-λ(dT/dx)3.畢渥數(shù)的定義式為Bi=______。答案：hδ/λ（δ為特征長(zhǎng)度，λ為物體導(dǎo)熱系數(shù)，h為對(duì)流換熱系數(shù)）4.大空間自然對(duì)流的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式通常表示為Nu=C(GrPr)^n，其中Gr為______數(shù)。答案：格拉曉夫5.黑體輻射的力遵循______定律，其表達(dá)式為E_b=______。答案：斯蒂芬-玻爾茲曼；σT?（σ=5.67×10??W/(m2·K?)）6.臨界熱流密度是指沸騰換熱中______的最大熱流密度。答案：核態(tài)沸騰向膜態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變時(shí)7.兩平行灰體平板間的輻射換熱量計(jì)算式為Φ=______。答案：(σ(T??-T??))/(1/ε?+1/ε?-1)·A8.接觸熱阻產(chǎn)生的主要原因是______。答案：兩固體表面不平整，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于表觀面積，間隙中氣體導(dǎo)熱能力弱9.對(duì)于圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，當(dāng)保溫層外徑______臨界熱絕緣直徑時(shí)，增加保溫層厚度會(huì)使熱損失增大。答案：小于10.復(fù)合傳熱的總熱流密度q=______（同時(shí)考慮對(duì)流和輻射）。答案：h(T_w-T_f)+εσ(T_w?-T_f?)三、簡(jiǎn)答題1.比較導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射三種傳熱方式的本質(zhì)區(qū)別。答：導(dǎo)熱是由于分子、原子或自由電子的微觀熱運(yùn)動(dòng)引起的熱量傳遞，發(fā)生在固體、液體或氣體中，無需宏觀位移；對(duì)流是流體宏觀運(yùn)動(dòng)（如流動(dòng)）與微觀熱運(yùn)動(dòng)共同作用的結(jié)果，僅發(fā)生在流體中；輻射是通過電磁波（主要是紅外波段）傳遞能量，無需介質(zhì)，可在真空中進(jìn)行，且與溫度的四次方相關(guān)。2.分析影響強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)的主要因素。答：主要因素包括：①流體物理性質(zhì)（如導(dǎo)熱系數(shù)λ、粘度μ、比熱容c_p、密度ρ）；②流體流速u（流速越高，換熱越強(qiáng)）；③換熱表面的幾何特征（如形狀、尺寸、粗糙程度）；④流動(dòng)狀態(tài)（層流或湍流，湍流時(shí)換熱系數(shù)更大）；⑤流體的相變（如沸騰或凝結(jié)時(shí)換熱系數(shù)顯著高于單相流動(dòng)）。3.解釋珠狀凝結(jié)換熱系數(shù)遠(yuǎn)高于膜狀凝結(jié)的原因。答：膜狀凝結(jié)時(shí)，壁面被連續(xù)液膜覆蓋，蒸汽凝結(jié)釋放的潛熱需通過液膜導(dǎo)熱傳遞到壁面，液膜成為主要熱阻；而珠狀凝結(jié)時(shí)，液滴在壁面形成后會(huì)因重力或表面張力脫落，壁面大部分區(qū)域直接與蒸汽接觸，避免了連續(xù)液膜的熱阻，因此換熱系數(shù)可提高5-10倍。4.簡(jiǎn)述通過增加肋片強(qiáng)化傳熱的適用條件。答：肋片強(qiáng)化傳熱的關(guān)鍵是降低對(duì)流熱阻。當(dāng)對(duì)流熱阻遠(yuǎn)大于導(dǎo)熱熱阻時(shí)（如氣體側(cè)換熱），增加肋片可有效擴(kuò)大換熱面積，降低總熱阻；若對(duì)流熱阻本身很?。ㄈ缫后w或相變換熱），肋片的強(qiáng)化效果有限。此外，肋片材料需選擇導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬，且肋片高度和厚度需優(yōu)化，避免因肋片過長(zhǎng)導(dǎo)致效率下降。5.說明為什么高溫設(shè)備表面采用拋光金屬而不是深色涂料。答：高溫設(shè)備表面的散熱包括對(duì)流和輻射。拋光金屬的發(fā)射率ε較低（如0.02-0.1），可減少輻射散熱量；而深色涂料的發(fā)射率較高（如0.8-0.9），會(huì)增強(qiáng)輻射散熱。對(duì)于需要減少熱損失的高溫設(shè)備（如鍋爐、管道），降低表面發(fā)射率可有效減少輻射熱損失，因此更適合使用拋光金屬。四、計(jì)算題1.一復(fù)合平壁由兩層材料組成，第一層為厚度δ?=0.05m的鋼板（λ?=45W/(m·K)），第二層為厚度δ?=0.2m的保溫磚（λ?=0.6W/(m·K)）。已知平壁兩側(cè)溫度分別為T?=300℃、T?=30℃，求單位面積的熱流密度及兩層材料交界面處的溫度。解：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，熱流密度q相同，總熱阻R=δ?/λ?+δ?/λ?R=0.05/45+0.2/0.6≈0.00111+0.3333≈0.3344m2·K/Wq=(T?-T?)/R=(300-30)/0.3344≈807.4W/m2交界面溫度T_m滿足q=(T?-T_m)/(δ?/λ?)，故T_m=T?-qδ?/λ?=300-807.4×0.05/45≈300-0.9≈299.1℃2.一根外徑d?=50mm的蒸汽管道，外表面溫度T_w=150℃，周圍空氣溫度T_f=20℃，對(duì)流換熱系數(shù)h=10W/(m2·K)?，F(xiàn)需包裹導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.1W/(m·K)的保溫材料，求臨界熱絕緣直徑d_c，并判斷當(dāng)保溫層厚度為5mm和20mm時(shí)，熱損失是增加還是減少。解：臨界熱絕緣直徑d_c=2λ/h=2×0.1/10=0.02m=20mm（注意：此處d_c為保溫層外徑，原管道外徑d?=50mm>20mm）當(dāng)保溫層厚度δ=5mm時(shí)，保溫層外徑d=50+2×5=60mm>d_c，此時(shí)增加保溫層厚度會(huì)減少熱損失；當(dāng)δ=20mm時(shí)，d=50+2×20=90mm>d_c，仍減少熱損失（注：若原管道外徑小于d_c，增加保溫層厚度可能先增后減，但本題中d?>d_c，故始終減少）。3.水流過內(nèi)徑d=20mm的圓管，流速u=1.5m/s，進(jìn)口溫度T_in=20℃，出口溫度T_out=50℃，管壁平均溫度T_w=60℃。已知水的定性溫度T_f=(20+50)/2=35℃，對(duì)應(yīng)物性參數(shù)：λ=0.625W/(m·K)，μ=725×10??Pa·s，ρ=994kg/m3，Pr=4.82，Re=ρud/μ=994×1.5×0.02/(725×10??)≈41100（湍流）。采用Dittus-Boelter公式Nu=0.023Re^0.8Pr^0.4，求對(duì)流換熱系數(shù)h。解：Nu=0.023×(41100)^0.8×(4.82)^0.4≈0.023×(41100^0.8≈41100^0.8≈(4.11×10?)^0.8≈(10?×4.11)^0.8≈103.2×4.11^0.8≈1584×2.5≈3960)×(4.82^0.4≈1.9)≈0.023×3960×1.9≈172.5h=Nu×λ/d=172.5×0.625/0.02≈5390.6W/(m2·K)4.兩個(gè)平行放置的灰體平板，面積均為A=2m2，溫度分別為T?=800K、T?=500K，發(fā)射率ε?=0.8、ε?=0.6，板間距遠(yuǎn)小于板的尺寸（可視為無限大平板）。求兩板間的輻射換熱量。解：無限大平行灰體平板的輻射換熱公式為Φ=(σA(T??-T??))/(1/ε?+1/ε?-1)代入數(shù)據(jù)：σ=5.67×10??W/(m2·K?)Φ=(5.67×10??×2×(800?-500?))/(1/0.8+1/0.6-1)計(jì)算分子：800?=4096×10?，500?=625×10?，差值=3471×10?分子=5.67×10??×2×3471×10?≈5.67×2×3471≈39335.4W分母=1.25+1.6667-1≈1.9167Φ=39335.4/1.9167≈20520W5.一設(shè)備外表面溫度T_w=120℃，周圍空氣溫度T_f=25℃，表面發(fā)射率ε=0.9，對(duì)流換熱系數(shù)h=8W/(m2·K)。求單位面積的總散熱量（同時(shí)考慮對(duì)流和輻射）。解：對(duì)流散熱量q_c=h(T_w-T_f)=8×(120-25)=8×95=760W/m2輻射散熱量q_r=εσ(T_w?-T_f?)，注意溫度需轉(zhuǎn)換為絕對(duì)溫度：T_w=393K，T_f=298KT_w?=393?≈(400-7)^4≈400?-4×4003×7+...≈256×10?-4×64×10?×7≈256×10?-17.92×10?≈238.08×10?K?T_f