2025年傳熱學(xué)模擬試卷及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于傅里葉定律的表述中，錯(cuò)誤的是（）。A.適用于穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程B.熱流密度方向與溫度梯度方向相反C.導(dǎo)熱系數(shù)λ的單位是W/(m·K)D.定律表達(dá)式為q=-λ(?t/?x)，其中負(fù)號(hào)僅表示數(shù)學(xué)上的方向關(guān)系2.影響對(duì)流換熱系數(shù)h的最主要因素是（）。A.流體的導(dǎo)熱系數(shù)B.流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或湍流）C.換熱表面的幾何形狀D.流體的比熱容3.黑體的輻射力與熱力學(xué)溫度的（）成正比。A.一次方B.二次方C.三次方D.四次方4.對(duì)于圓管外敷設(shè)保溫層的情況，當(dāng)保溫層外徑小于臨界熱絕緣直徑時(shí)，隨著保溫層厚度增加，散熱量會(huì)（）。A.先減小后增大B.先增大后減小C.持續(xù)增大D.持續(xù)減小5.畢渥數(shù)Bi的物理意義是（）。A.固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與表面對(duì)流換熱熱阻的比值B.流體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與表面對(duì)流換熱熱阻的比值C.固體內(nèi)部導(dǎo)熱速率與表面對(duì)流換熱速率的比值D.流體內(nèi)部導(dǎo)熱速率與表面對(duì)流換熱速率的比值6.接觸熱阻產(chǎn)生的主要原因是（）。A.接觸面存在微觀間隙，間隙內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于固體B.接觸面材料不同，導(dǎo)熱系數(shù)差異大C.接觸面溫度梯度不連續(xù)D.接觸面存在宏觀空隙，導(dǎo)致熱流路徑變長7.集總參數(shù)法適用于（）的情況。A.Bi≤0.1B.Bi≥0.1C.Fo≤0.1D.Fo≥0.18.肋片效率η的定義是（）。A.肋片實(shí)際散熱量與肋片最大可能散熱量的比值B.肋片最大可能散熱量與肋片實(shí)際散熱量的比值C.肋片根部溫度與環(huán)境溫度的差值D.肋片表面平均溫度與根部溫度的比值9.大容器飽和沸騰曲線中，臨界熱流密度對(duì)應(yīng)的是（）階段。A.自然對(duì)流沸騰B.核態(tài)沸騰C.過渡沸騰D.膜態(tài)沸騰10.對(duì)于兩平行大平壁的輻射換熱，若兩表面發(fā)射率分別為ε?和ε?，則系統(tǒng)發(fā)射率ε??為（）。A.ε?+ε?B.1/(1/ε?+1/ε?-1)C.ε?·ε?D.(ε?+ε?)/2二、填空題（每空1分，共20分）1.傅里葉定律中的負(fù)號(hào)表示熱流方向與（）方向相反。2.努塞爾數(shù)Nu的定義式為（），其物理意義是（）。3.大空間自然對(duì)流中，判斷流態(tài)（層流或湍流）的特征數(shù)是（），其臨界值約為（）。4.黑體的輻射力公式為（），其中σ為（）常數(shù)，數(shù)值為（）。5.臨界熱流密度是（）沸騰向（）沸騰轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)若繼續(xù)加熱會(huì)導(dǎo)致（）。6.接觸熱阻的主要影響因素包括（）、（）和（）。7.肋片的主要作用是（），其效率隨肋片（）的增加而降低。8.集總參數(shù)法的適用條件是（），此時(shí)物體內(nèi)部（）可忽略。9.輻射換熱中，角系數(shù)X?,?表示（），其取值范圍是（）。10.強(qiáng)化傳熱的主要途徑包括（）、（）和（）。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述畢渥數(shù)（Bi）與努塞爾數(shù)（Nu）的區(qū)別，包括定義、物理意義和應(yīng)用場景。2.畫出大容器飽和沸騰曲線（q-tw曲線），標(biāo)注主要階段并說明各階段的換熱特點(diǎn)。3.解釋臨界熱絕緣直徑的工程意義，并推導(dǎo)其表達(dá)式（假設(shè)圓管外徑為d?，保溫層導(dǎo)熱系數(shù)為λ，外表面對(duì)流換熱系數(shù)為h）。4.接觸熱阻是如何產(chǎn)生的？工程中可通過哪些措施減小接觸熱阻？5.比較導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射三種傳熱方式的異同點(diǎn)（從傳遞機(jī)理、依賴條件、基本定律等方面分析）。四、計(jì)算題（共30分）1.（8分）一無限大平壁厚度δ=0.3m，導(dǎo)熱系數(shù)λ=1.5W/(m·K)，兩側(cè)表面溫度分別為t?=300℃、t?=50℃。試求：（1）平壁的導(dǎo)熱熱流密度q；（2）平壁內(nèi)距離左側(cè)表面x=0.1m處的溫度t(x)。2.（8分）外徑d?=50mm的鋼管外敷設(shè)保溫層，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.1W/(m·K)，鋼管外表面溫度t?=150℃，環(huán)境溫度t∞=20℃，保溫層外表面與環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)h=10W/(m2·K)。求：（1）臨界熱絕緣直徑d_cr；（2）若保溫層外徑d=60mm，判斷此時(shí)增加保溫層厚度是否會(huì)減少散熱量（需說明依據(jù)）。3.（7分）一矩形截面直肋，肋高H=0.1m，肋厚δ=2mm，導(dǎo)熱系數(shù)λ=100W/(m·K)，肋基溫度t_b=200℃，環(huán)境溫度t∞=25℃，表面對(duì)流換熱系數(shù)h=50W/(m2·K)。假設(shè)肋端絕熱，求：（1）肋片的溫度分布表達(dá)式；（2）肋片的實(shí)際散熱量Φ。4.（7分）兩平行大平壁（可視為無限大），表面1的發(fā)射率ε?=0.8，溫度T?=800K；表面2的發(fā)射率ε?=0.6，溫度T?=500K。兩表面間為真空，忽略其他物體的輻射。求兩表面間的輻射換熱量q_r（單位：W/m2）。答案一、選擇題1.D2.B3.D4.C5.A6.A7.A8.A9.B10.B二、填空題1.溫度梯度2.Nu=hL/λ；流體邊界層中對(duì)流換熱與導(dǎo)熱的相對(duì)強(qiáng)弱3.Gr·Pr（或Ra）；10?4.E_b=σT?；斯蒂芬-玻爾茲曼；5.67×10??W/(m2·K?)5.核態(tài)；過渡；壁面溫度急劇升高（燒干）6.表面粗糙度；接觸壓力；中間介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)7.增大換熱面積；高度（或長厚比）8.Bi≤0.1；溫度梯度9.表面1發(fā)射的輻射能中直接投射到表面2的比例；0≤X≤110.增大換熱面積；提高換熱系數(shù)；減小導(dǎo)熱熱阻三、簡答題1.區(qū)別：-定義：Bi=hL/λ_s（λ_s為固體導(dǎo)熱系數(shù)），Nu=hL/λ_f（λ_f為流體導(dǎo)熱系數(shù)）；-物理意義：Bi反映固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與表面對(duì)流熱阻的相對(duì)大小，Nu反映流體邊界層中對(duì)流換熱與流體導(dǎo)熱的相對(duì)強(qiáng)弱；-應(yīng)用場景：Bi用于判斷是否可忽略固體內(nèi)部溫度梯度（集總參數(shù)法），Nu用于對(duì)流換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算。2.曲線分為四段：-自然對(duì)流沸騰（A-B）：壁面過熱度Δt?。é<5℃），氣泡少，換熱以自然對(duì)流為主，q隨Δt緩慢增加；-核態(tài)沸騰（B-C）：Δt=5~25℃，大量氣泡提供、脫離，擾動(dòng)劇烈，q隨Δt急劇增加，C點(diǎn)為臨界熱流密度q_max；-過渡沸騰（C-D）：Δt>25℃，氣泡匯集成不穩(wěn)定氣膜，換熱減弱，q隨Δt增加而下降；-膜態(tài)沸騰（D-E）：Δt很大，氣膜穩(wěn)定，換熱以輻射為主，q隨Δt再次增加。3.工程意義：當(dāng)保溫層外徑小于臨界直徑時(shí)，增加保溫層厚度反而會(huì)增大散熱量（因外表面面積增大超過熱阻增加的影響），因此需根據(jù)臨界直徑選擇合理的保溫層厚度。推導(dǎo)：總熱阻R=ln(d/d?)/(2πλ)+1/(πdh)，令dR/dd=0，解得d_cr=2λ/h。4.產(chǎn)生原因：接觸面微觀不平，存在間隙，間隙內(nèi)流體（如空氣）導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于固體，導(dǎo)致額外熱阻。減小措施：提高表面加工精度（降低粗糙度）；增加接觸壓力；在接觸面涂導(dǎo)熱脂或軟金屬（如銀、銅）；抽真空減少間隙內(nèi)氣體導(dǎo)熱。5.異同點(diǎn)：-傳遞機(jī)理：導(dǎo)熱是分子熱運(yùn)動(dòng)傳遞能量；對(duì)流是流體宏觀運(yùn)動(dòng)與分子導(dǎo)熱的聯(lián)合作用；輻射是電磁波傳遞能量。-依賴條件：導(dǎo)熱需物體直接接觸且存在溫度梯度；對(duì)流需流體流動(dòng)和溫度梯度；輻射無需介質(zhì)，通過電磁波傳遞。-基本定律：導(dǎo)熱遵循傅里葉定律（q=-λ?t）；對(duì)流遵循牛頓冷卻公式（q=hΔt）；輻射遵循斯蒂芬-玻爾茲曼定律（E=εσT?）和基爾霍夫定律（ε=α）。四、計(jì)算題1.（1）q=λ(t?-t?)/δ=1.5×(300-50)/0.3=1250W/m2；（2）t(x)=t?-qx/λ=300-1250×0.1/1.5≈216.67℃。2.（1）d_cr=2λ/h=2×0.1/10=0.02m=20mm（注意：d_cr=2λ/h，單位m）；（2）當(dāng)前d=60mm>d_cr=20mm，此時(shí)增加保溫層厚度會(huì)使總熱阻增大，散熱量減少（因d>d_cr后，保溫層熱阻隨厚度增加的速率超過外表面面積增大的影響）。3.（1）肋片的無量綱溫度θ/θ_b=cosh[m(H-x)]/cosh(mH)，其中m=√(2h/(λδ))=√(2×50/(100×0.002))=√(500)=22.36m?1；（2）Φ=√(2hλδ)θ_btanh(mH)=√(2×50×100×0.002)×(200-25)×tanh(22.36×0.1)≈√20×175×tanh(2.236)≈