2025年11月傳熱學(xué)模擬練習(xí)題與參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.熱流密度$q$與熱流量$\varPhi$的關(guān)系為（設(shè)傳熱面積為$A$）（）A.$q=\varPhiA$B.$\varPhi=qA$C.$q=\varPhi/A^{2}$D.$\varPhi=q/A$參考答案：B。熱流密度是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量，其定義式為$q=\frac{\varPhi}{A}$，變形可得$\varPhi=qA$。2.下列材料中，導(dǎo)熱系數(shù)最大的是（）A.空氣B.水C.銅D.混凝土參考答案：C。一般來(lái)說(shuō)，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)較大，在常見(jiàn)金屬中銅是良好的導(dǎo)熱體。空氣的導(dǎo)熱系數(shù)很小，水的導(dǎo)熱系數(shù)小于金屬，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)也遠(yuǎn)小于銅。銅的導(dǎo)熱系數(shù)通常在幾百$W/(m\cdotK)$，而空氣約為$0.026W/(m\cdotK)$，水約為$0.6W/(m\cdotK)$，混凝土約為$1.28W/(m\cdotK)$。3.流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)（）A.僅存在層流底層B.僅存在湍流核心C.存在層流底層、緩沖層和湍流核心D.以上都不對(duì)參考答案：C。當(dāng)流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，從管壁到管中心依次存在層流底層、緩沖層和湍流核心。層流底層內(nèi)流體呈層流狀態(tài)，緩沖層是層流和湍流的過(guò)渡區(qū)域，湍流核心內(nèi)流體處于劇烈的湍流狀態(tài)。4.下列哪種情況的熱輻射可以看作灰體輻射（）A.實(shí)際物體的輻射光譜是連續(xù)的且在相當(dāng)寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)單色發(fā)射率近似為常數(shù)B.實(shí)際物體的輻射光譜是不連續(xù)的C.實(shí)際物體的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化很大D.實(shí)際物體的發(fā)射率為零參考答案：A?；殷w是指在一定溫度下，物體的單色發(fā)射率不隨波長(zhǎng)變化，即發(fā)射率為常數(shù)的物體。當(dāng)實(shí)際物體的輻射光譜是連續(xù)的且在相當(dāng)寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)單色發(fā)射率近似為常數(shù)時(shí)，可將其熱輻射看作灰體輻射。二、填空題1.傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為_(kāi)_____，其中負(fù)號(hào)表示______。參考答案：$q=\lambda\frac{dt}{dx}$；熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反。傅里葉定律描述了導(dǎo)熱現(xiàn)象的基本規(guī)律，熱流密度$q$與溫度梯度$\frac{dt}{dx}$成正比，負(fù)號(hào)體現(xiàn)了熱量總是從高溫傳向低溫，與溫度升高的方向相反。2.努塞爾數(shù)$Nu$的表達(dá)式為_(kāi)_____，它反映了______的相對(duì)大小。參考答案：$Nu=\frac{hL}{\lambda}$；對(duì)流換熱熱阻與導(dǎo)熱熱阻。努塞爾數(shù)是一個(gè)無(wú)量綱數(shù)，$h$為對(duì)流換熱系數(shù)，$L$為特征長(zhǎng)度，$\lambda$為流體的導(dǎo)熱系數(shù)。$Nu$越大，表示對(duì)流換熱越強(qiáng)烈，即對(duì)流換熱熱阻相對(duì)導(dǎo)熱熱阻越小。3.黑體的輻射力$E_b$與熱力學(xué)溫度$T$的______成正比，其表達(dá)式為_(kāi)_____。參考答案：四次方；$E_b=\sigmaT^{4}$。這是斯蒂芬玻爾茲曼定律的內(nèi)容，$\sigma=5.67\times10^{8}W/(m^{2}\cdotK^{4})$為斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述影響對(duì)流換熱的主要因素。參考答案：（1）流體流動(dòng)的起因：分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。自然對(duì)流是由于流體各部分溫度不同導(dǎo)致密度差異而引起的流動(dòng)；強(qiáng)制對(duì)流是由外力（如泵、風(fēng)機(jī)等）作用引起的流動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)制對(duì)流的換熱強(qiáng)度比自然對(duì)流大。（2）流體的流動(dòng)狀態(tài)：層流時(shí)流體各層之間互不混合，熱量主要以導(dǎo)熱方式傳遞；湍流時(shí)流體內(nèi)部存在強(qiáng)烈的混合，除導(dǎo)熱外，對(duì)流作用也很顯著，因此湍流時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)比層流時(shí)大。（3）流體的物理性質(zhì)：流體的導(dǎo)熱系數(shù)$\lambda$、比熱容$c_p$、密度$\rho$和粘度$\mu$等都會(huì)影響對(duì)流換熱。例如，導(dǎo)熱系數(shù)大的流體，通過(guò)導(dǎo)熱傳遞熱量的能力強(qiáng)；比熱容大的流體，攜帶熱量的能力強(qiáng)。（4）換熱表面的幾何因素：包括換熱表面的形狀、大小、粗糙度以及與流體的相對(duì)位置等。不同的幾何形狀會(huì)影響流體的流動(dòng)狀態(tài)和邊界層的發(fā)展，從而影響對(duì)流換熱。2.什么是角系數(shù)？它有哪些特性？參考答案：角系數(shù)是指表面1發(fā)出的輻射能中直接落到表面2上的百分?jǐn)?shù)，記為$X_{1,2}$。其特性如下：（1）相對(duì)性：$A_1X_{1,2}=A_2X_{2,1}$，它表明兩個(gè)表面之間的輻射換熱關(guān)系具有相互性。（2）完整性：對(duì)于由$n$個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)，任意一個(gè)表面$i$對(duì)封閉系統(tǒng)內(nèi)各表面的角系數(shù)之和等于1，即$\sum_{j=1}^{n}X_{i,j}=1$。（3）分解性：若表面$j$可分為$j_1$和$j_2$兩個(gè)部分，則$X_{i,j}=X_{i,j_1}+X_{i,j_2}$。四、計(jì)算題1.有一厚度為$\delta=0.3m$的平壁，兩側(cè)表面溫度分別為$t_1=500^{\circ}C$，$t_2=100^{\circ}C$，平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)$\lambda=1.2W/(m\cdotK)$。試求：（1）通過(guò)平壁的熱流密度$q$；（2）若平壁面積$A=2m^{2}$，求通過(guò)平壁的熱流量$\varPhi$。參考答案：（1）根據(jù)傅里葉定律，對(duì)于平壁導(dǎo)熱，熱流密度$q$的計(jì)算公式為$q=\lambda\frac{t_1t_2}{\delta}$。已知$\lambda=1.2W/(m\cdotK)$，$t_1=500^{\circ}C$，$t_2=100^{\circ}C$，$\delta=0.3m$，代入可得：$q=1.2\times\frac{500100}{0.3}=1.2\times\frac{400}{0.3}=1600W/m^{2}$。（2）由熱流密度與熱流量的關(guān)系$\varPhi=qA$，已知$q=1600W/m^{2}$，$A=2m^{2}$，則$\varPhi=1600\times2=3200W$。2.某換熱器中，熱水以$5kg/s$的質(zhì)量流量流過(guò)，進(jìn)口溫度$t_{h1}=90^{\circ}C$，出口溫度$t_{h2}=60^{\circ}C$；冷水以$8kg/s$的質(zhì)量流量流過(guò)，進(jìn)口溫度$t_{c1}=20^{\circ}C$。已知水的比熱容$c_p=4.2\times10^{3}J/(kg\cdotK)$。試求：（1）熱水放出的熱量；（2）冷水的出口溫度$t_{c2}$。參考答案：（1）根據(jù)熱平衡方程，熱水放出的熱量$\varPhi$可由公式$\varPhi=m_hc_p(t_{h1}t_{h2})$計(jì)算。已知$m_h=5kg/s$，$c_p=4.2\times10^{3}J/(kg\cdotK)$，$t_{h1}=90^{\circ}C$，$t_{h2}=60^{\circ}C$，則：$\varPhi=5\times4.2\times10^{3}\times(9060)=5\times4.2\times10^{3}\times30=6.3\times10^{5}W$。（2）因?yàn)闊崴懦龅臒崃康扔诶渌盏臒崃?，?\varPhi=m_cc_p(t_{c2}t_{c1})$。已知$m_c=8kg/s$，$c_p=4.2\times10^{3}J/(kg\cdotK)$，$t_{c1}=20^{\circ}C$，$\varPhi=6.3\times10^{5}W$，則：$6.3\times10^{5