2025年傳熱傳質(zhì)試題題庫（附答案）一、選擇題（每題2分，共40分）1.下列關(guān)于傅里葉定律的描述中，錯誤的是（）A.適用于穩(wěn)態(tài)導熱B.熱流密度方向與溫度梯度方向相反C.熱導率是材料的固有屬性，與溫度無關(guān)D.公式表達式為q=-λ(?T/?x)答案：C（注：多數(shù)材料的熱導率隨溫度變化，如金屬熱導率隨溫度升高略有下降，非金屬可能上升）2.下列哪種情況的對流換熱系數(shù)最大？（）A.空氣自然對流B.水自然對流C.空氣強制對流（流速5m/s）D.水強制對流（流速2m/s）答案：D（液體的對流換熱系數(shù)通常高于氣體，強制對流高于自然對流）3.黑體的輻射力與熱力學溫度的（）成正比。A.一次方B.二次方C.三次方D.四次方答案：D（斯蒂芬-玻爾茲曼定律：E_b=σT?）4.斐克第一定律描述的是（）A.導熱現(xiàn)象B.對流傳熱C.分子擴散傳質(zhì)D.輻射傳熱答案：C（斐克定律表達式：j_A=-D_AB(dC_A/dx)，描述分子擴散通量）5.畢渥數(shù)（Bi）的物理意義是（）A.固體內(nèi)部導熱熱阻與表面對流熱阻的比值B.表面對流熱阻與固體內(nèi)部導熱熱阻的比值C.慣性力與粘性力的比值D.浮升力與粘性力的比值答案：A（Bi=hL/λ，L為特征長度，λ為固體熱導率）6.大容器飽和沸騰中，臨界熱流密度（CHF）出現(xiàn)在（）A.自然對流區(qū)B.核態(tài)沸騰區(qū)向膜態(tài)沸騰區(qū)過渡的轉(zhuǎn)折點C.膜態(tài)沸騰區(qū)D.過冷沸騰區(qū)答案：B（核態(tài)沸騰末期，氣泡大量生成導致?lián)Q熱表面被蒸汽膜覆蓋前的最大熱流密度）7.下列因素中，對氣體擴散系數(shù)影響最小的是（）A.溫度B.壓力C.組分濃度D.分子質(zhì)量答案：C（氣體擴散系數(shù)D∝T^(3/2)/p，與組分濃度無關(guān)）8.兩平行大平板間的輻射換熱，若其中一板黑度增大，另一板黑度不變，則換熱量（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定答案：A（換熱量Q=(σ(T??-T??))/(1/ε?+1/ε?-1)，ε增大則分母減小，Q增大）9.下列哪種材料的接觸熱阻最大？（）A.光滑的銅-銅接觸面B.粗糙的鋼-鋼接觸面C.涂導熱硅脂的鋁-鋁接觸面D.真空環(huán)境下的不銹鋼-陶瓷接觸面答案：D（真空無介質(zhì)傳導，接觸點少，熱阻最大）10.對于圓管內(nèi)強制對流換熱，當流動處于湍流充分發(fā)展區(qū)時，努塞爾數(shù)（Nu）主要與（）有關(guān)A.雷諾數(shù)（Re）和普朗特數(shù)（Pr）B.格拉曉夫數(shù)（Gr）和普朗特數(shù)（Pr）C.雷諾數(shù)（Re）和畢渥數(shù)（Bi）D.斯特藩數(shù)（Ste）和施密特數(shù)（Sc）答案：A（湍流強制對流換熱關(guān)聯(lián)式通常為Nu=C·Re^n·Pr^m）11.下列傳質(zhì)過程中，屬于對流傳質(zhì)的是（）A.香水在靜止空氣中的擴散B.氧氣通過生物膜的滲透C.風扇加速室內(nèi)甲醛向室外的遷移D.鹽在靜水中的溶解答案：C（對流傳質(zhì)需流體宏觀運動參與）12.衡量物體輻射能力與同溫度黑體輻射能力比值的參數(shù)是（）A.吸收率B.反射率C.透射率D.黑度答案：D（黑度ε=E/E_b）13.平壁穩(wěn)態(tài)導熱時，若材料熱導率隨溫度升高而增大，則溫度分布曲線為（）A.直線B.上凸曲線（溫度梯度隨壁厚增加而減?。〤.下凸曲線（溫度梯度隨壁厚增加而增大）D.無法確定答案：B（λ增大，相同熱流密度下，溫度梯度?T/?x=-q/λ減小，故曲線向上凸）14.自然對流換熱的準則方程中，核心無量綱數(shù)是（）A.Re和PrB.Gr和PrC.Pe和NuD.Bi和Fo答案：B（自然對流由浮升力驅(qū)動，Gr=gβΔTL3/ν2表征浮升力與粘性力的相對大小）15.下列關(guān)于相變換熱的說法中，正確的是（）A.膜狀冷凝的換熱系數(shù)高于滴狀冷凝B.沸騰換熱中，過熱度越大，換熱系數(shù)一定越高C.制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化屬于相變換熱D.液體蒸發(fā)時，表面溫度始終等于飽和溫度答案：C（蒸發(fā)器中制冷劑吸收熱量由液態(tài)變氣態(tài)，屬于相變換熱）16.施密特數(shù)（Sc）的物理意義是（）A.動量擴散率與熱擴散率的比值B.動量擴散率與質(zhì)量擴散率的比值C.熱擴散率與質(zhì)量擴散率的比值D.質(zhì)量擴散率與動量擴散率的比值答案：B（Sc=ν/D_AB，ν為運動粘度，D_AB為質(zhì)量擴散系數(shù)）17.對于圓筒壁穩(wěn)態(tài)導熱，熱流密度沿徑向（）A.逐漸增大B.逐漸減小C.保持不變D.先增大后減小答案：B（圓筒壁導熱熱流量Q=2πLλ(T?-T?)/ln(r?/r?)，熱流密度q=Q/(2πrL)，r增大則q減?。?8.下列措施中，不能強化傳熱的是（）A.增加換熱面積B.降低流體流速C.使用肋片管D.提高流體的湍流度答案：B（降低流速會減小對流換熱系數(shù)，削弱傳熱）19.黑體的吸收率（）A.小于1B.等于1C.大于1D.隨波長變化答案：B（黑體定義為能吸收所有波長輻射能的物體，吸收率α=1）20.傳質(zhì)過程中，當組分A通過停滯組分B擴散時，主體流動會導致（）A.組分A的擴散通量減小B.組分A的擴散通量增大C.組分B的擴散通量增大D.無影響答案：B（主體流動方向與A的擴散方向一致時，總通量為分子擴散通量與主體流動通量之和）二、填空題（每題2分，共20分）1.傅里葉定律中的負號表示熱流方向與______方向相反。答案：溫度梯度2.對流換熱的牛頓冷卻公式為______。答案：q=h(T_w-T_f)（或Q=hA(T_w-T_f)）3.普朗克定律描述了黑體輻射能按______的分布規(guī)律。答案：波長（或波長和溫度）4.對流傳質(zhì)的基本方程與對流換熱的______方程在形式上相似。答案：牛頓冷卻5.畢渥數(shù)Bi的定義式中，特征長度L對于無限大平板通常取______。答案：半壁厚（或壁厚的1/2）6.物體的黑度在數(shù)值上等于其______（同溫度下）。答案：吸收率（基爾霍夫定律：ε=α）7.大空間自然對流換熱的判據(jù)是格拉曉夫數(shù)Gr與______的乘積。答案：普朗特數(shù)Pr（或Gr·Pr）8.斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)σ的數(shù)值約為______W/(m2·K?)。答案：5.67×10??9.對流傳質(zhì)中，舍伍德數(shù)Sh的定義式為______。答案：Sh=h_mL/D_AB（h_m為對流傳質(zhì)系數(shù)，L為特征長度，D_AB為擴散系數(shù)）10.核態(tài)沸騰的主要特征是______。答案：換熱表面產(chǎn)生大量氣泡（或氣泡核化劇烈）三、簡答題（每題6分，共30分）1.比較導熱、對流和輻射三種傳熱方式的本質(zhì)區(qū)別。答案：導熱是物體內(nèi)部或接觸物體間通過分子熱運動傳遞能量的過程，依賴微觀粒子的碰撞，無需流體宏觀運動；對流是流體與固體表面間或流體內(nèi)部通過宏觀流動與分子擴散共同作用的傳熱方式，必須有流體參與；輻射是物體通過電磁波（主要是熱輻射）傳遞能量的過程，無需介質(zhì)，可在真空中進行。2.說明影響對流換熱系數(shù)的主要因素。答案：主要因素包括：①流體的物理性質(zhì)（如密度、粘度、熱導率、比熱容）；②流體的流動狀態(tài)（層流或湍流，湍流時換熱系數(shù)更高）；③流動的起因（自然對流或強制對流，強制對流系數(shù)更大）；④換熱表面的幾何特征（形狀、尺寸、粗糙度、排列方式）；⑤流體有無相變（相變換熱系數(shù)遠高于單相傳熱）。3.簡述強化輻射換熱的主要途徑。答案：①增大換熱表面的黑度（如采用粗糙或氧化表面）；②增大換熱面積（如擴展表面）；③減小系統(tǒng)的輻射熱阻（對于兩表面系統(tǒng)，可通過降低1/ε?+1/ε?-1的值）；④調(diào)整表面溫度（輻射換熱與溫度四次方相關(guān)，提高高溫表面溫度或降低低溫表面溫度可增強換熱量）；⑤減少中間遮擋（如避免表面間存在隔熱屏）。4.解釋斐克第一定律的物理意義及其適用條件。答案：斐克第一定律描述分子擴散傳質(zhì)的基本規(guī)律，表達式為j_A=-D_AB(dC_A/dx)，其中j_A為組分A的擴散通量（單位時間單位面積傳遞的物質(zhì)量），D_AB為組分A在B中的擴散系數(shù)，負號表示擴散方向與濃度梯度方向相反（由高濃度向低濃度傳遞）。適用條件：穩(wěn)態(tài)擴散、無主體流動（或主體流動可忽略）、稀溶液（濃度變化小，D_AB視為常數(shù)）。5.分析大容器飽和沸騰曲線各階段的換熱特點。答案：大容器飽和沸騰曲線按過熱度（ΔT=T_w-T_s）分為四個階段：①自然對流區(qū)（ΔT很小，<5℃）：液體輕微受熱，以自然對流為主，換熱系數(shù)低；②核態(tài)沸騰區(qū)（ΔT≈5~25℃）：換熱表面產(chǎn)生大量氣泡，氣泡脫離引起強烈擾動，換熱系數(shù)和熱流密度隨ΔT急劇增大；③過渡沸騰區(qū)（ΔT≈25~120℃）：氣泡生成速度超過脫離速度，部分表面被不穩(wěn)定蒸汽膜覆蓋，換熱系數(shù)和熱流密度下降；④膜態(tài)沸騰區(qū)（ΔT>120℃）：表面被穩(wěn)定蒸汽膜覆蓋，熱量通過蒸汽膜導熱和輻射傳遞，換熱系數(shù)較低，但隨ΔT增大（輻射增強）略有上升。四、計算題（每題10分，共30分）1.一平壁厚度δ=0.3m，熱導率λ=1.5W/(m·K)，左側(cè)溫度T?=300℃，右側(cè)溫度T?=50℃，求：（1）平壁的熱流密度q；（2）若平壁材料換為λ=0.8W/(m·K)的保溫材料，其他條件不變，熱流密度變?yōu)槎嗌?？解：?）平壁穩(wěn)態(tài)導熱熱流密度公式：q=λ(T?-T?)/δ代入數(shù)據(jù)：q=1.5×(300-50)/0.3=1.5×250/0.3=1250W/m2（2）更換材料后，λ=0.8W/(m·K)，則q'=0.8×250/0.3≈666.67W/m2答案：（1）1250W/m2；（2）約666.67W/m22.一根外徑d?=0.1m、內(nèi)徑d?=0.08m的鋼管（λ=45W/(m·K)），內(nèi)壁溫度T?=200℃，外壁溫度T?=180℃，管長L=5m，求單位管長的導熱熱流量q_L及總熱流量Q。解：圓筒壁單位管長導熱熱流量公式：q_L=2πλ(T?-T?)/ln(d?/d?)代入數(shù)據(jù)：ln(d?/d?)=ln(0.1/0.08)=ln(1.25)≈0.223q_L=2×π×45×(200-180)/0.223≈2×3.14×45×20/0.223≈25434/0.223≈113964W/m（約1.14×10?W/m）總熱流量Q=q_L×L=113964×5≈569820W（約5.7×10?W）答案：q_L≈1.14×10?W/m；Q≈5.7×10?W3.兩平行大平板（可視為無限大），溫度分別為T?=500K、T?=300K，黑度ε?=0.8、ε?=0.6，求單位面積的輻射換熱量q_r。（σ=5.67×10??W/(m2·K?)）解：無限大平行平板間輻射換熱量公式：q_r=σ(T??-T??)/(1/ε?+1/ε?-1)計算T