2025年大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程（熱工學(xué)基礎(chǔ)）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______一、選擇題（總共10題，每題3分，每題只有一個正確答案，請將正確答案填入括號內(nèi)）1.以下哪種傳熱方式不需要介質(zhì)？（）A.導(dǎo)熱B.對流C.輻射D.都需要介質(zhì)2.黑體的輻射能力與（）有關(guān)。A.溫度B.表面積C.發(fā)射率D.以上都是3.空氣的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小4.當(dāng)流體處于紊流狀態(tài)時，其對流換熱系數(shù)比層流時（）。A.大B.小C.相等D.不確定5.肋片效率與肋片高度的關(guān)系是（）。A.高度越高效率越高B.高度越高效率越低C.高度與效率無關(guān)D.先增大后減小6.熱流計測量熱流時基于（）原理。A.導(dǎo)熱B.對流C.熱電效應(yīng)D.熱輻射7.對于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，下列說法正確的是（）。A.溫度不隨時間變化B.熱流不隨時間變化C.溫度和熱流都不隨時間變化D.以上都不對8.兩表面間的輻射換熱系數(shù)與（）有關(guān)。A.表面溫度B.表面發(fā)射率C.表面距離D.以上都是9.水在大容器內(nèi)沸騰時，隨著壓力升高，其臨界熱流密度（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小10.換熱器中，傳熱單元數(shù)NTU反映了（）。A.換熱器的傳熱能力B.流體的熱容量大小C.流體的流動狀態(tài)D.換熱器的結(jié)構(gòu)特性二、多項選擇題（總共5題，每題4分，每題有兩個或兩個以上正確答案，請將正確答案填入括號內(nèi)，少選、多選、錯選均不得分）1.以下屬于非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的是（）。A.室內(nèi)墻壁冬季的升溫過程B.冰箱內(nèi)物體的冷卻過程C.穩(wěn)態(tài)運行的空調(diào)房間內(nèi)空氣的導(dǎo)熱D.加熱爐內(nèi)鋼坯的加熱過程2.增強輻射換熱的方法有（）。A.提高表面發(fā)射率B.增大表面面積C.提高表面溫度D.減小表面距離3.對流換熱系數(shù)的影響因素有（）。A.流體的種類B.流體的流動狀態(tài)C.壁面的形狀和尺寸D.流體與壁面間的溫差4.以下關(guān)于導(dǎo)熱微分方程的說法正確的是（）。A.適用于各向同性材料B.反映了導(dǎo)熱過程中溫度的變化規(guī)律C.與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)D.與材料的比熱有關(guān)5.提高換熱器傳熱效率的措施有（）。A.增加傳熱面積B.提高傳熱系數(shù)C.增大平均溫差D.減少熱阻三、判斷題（總共10題，每題2分，判斷下列說法的正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”）1.只要有溫差就一定會發(fā)生熱傳導(dǎo)。（）2.輻射換熱不需要任何介質(zhì)，在真空中也能進行。（）3.對流換熱只發(fā)生在流體與固體壁面之間。（）4.黑體的發(fā)射率為1，吸收率也為1。（）5.導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)的物理性質(zhì)，只與物質(zhì)種類有關(guān)。（）6.穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時，物體內(nèi)部各點溫度不隨時間變化，但可能隨位置變化。（）7.肋片的主要作用是增加傳熱面積，提高傳熱量。（）8.熱流計可以測量熱流的大小和方向。（）9.兩物體間的輻射換熱熱流與兩物體的溫度差成正比。（）10.換熱器的效能只與傳熱單元數(shù)有關(guān)，與熱容量比無關(guān)。（）四、簡答題（總共3題，每題10分，請簡要回答下列問題）1.簡述導(dǎo)熱、對流和輻射三種傳熱方式的特點及區(qū)別。2.什么是黑體？黑體輻射有哪些基本定律？3.說明強化傳熱的主要途徑及原理。五、計算題（總共2題，每題15分，請詳細解答下列問題，要有計算步驟）1.一厚度為50mm的平壁，兩側(cè)表面溫度分別為150℃和50℃，平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.5W/(m·K)，求通過平壁的熱流密度。2.有一臺逆流式換熱器，熱流體進口溫度為180℃，出口溫度為120℃，冷流體進口溫度為30℃，出口溫度為80℃，已知熱流體的質(zhì)量流量為2kg/s，比熱容為2kJ/(kg·K)，冷流體的質(zhì)量流量為3kg/s，比熱容為4kJ/(kg·K)，求該換熱器的傳熱系數(shù)。答案1.選擇題-1.C-2.D-3.A-4.A-5.B-6.C-7.C-8.D-9.A-10.A2.多項選擇題-1.ABD-2.ABCD-3.ABCD-4.ABCD-5.ABCD3.判斷題-1.×-2.√-3.×-4.√-5.×-6.√-7.√-8.√-9.×-10.×4.簡答題-1.導(dǎo)熱：依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而傳遞熱量，是固體內(nèi)部主要傳熱方式，無宏觀位移。對流：流體各部分發(fā)生相對位移引起的熱量傳遞，必須有流體流動。輻射：物體通過電磁波傳遞能量，不需要介質(zhì)，可在真空中進行。區(qū)別在于傳熱機理、介質(zhì)需求等不同。-2.黑體是能吸收投入到其面上的所有熱輻射的物體。黑體輻射基本定律有普朗克定律，描述黑體輻射能按波長的分布；維恩位移定律，表明黑體輻射峰值波長與溫度的關(guān)系；斯蒂芬-玻爾茲曼定律，給出黑體輻射力與溫度的四次方成正比。-3.強化傳熱途徑：增大傳熱面積，如加肋片；提高傳熱系數(shù)，包括提高流體流速、改變流動狀態(tài)、采用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料等；增大平均溫差，合理組織流體流動方式。原理是通過減小熱阻來增強傳熱。5.計算題-1.已知：δ=0.05m，t1=150℃，t2=50℃，λ=0.5W/(m·K)。根據(jù)傅里葉定律q=λ(t1-t2)/δ=0.5×(150-50)/0.05=1000W/m2。-2.熱流體放熱量Q=mcph(T1-T2)=2×2×(180-120)=240kW。冷流體吸熱量Q=mccpc(t2-t1)=3×4×(80-30)=600kW（此處冷流體吸熱量計算有誤，應(yīng)為Q=mccpc(t2-t1)=3×4×(80-30)=600kJ/s=600kW）。對數(shù)平均溫差Δtm=[(T1-t2)-(T2-t1)]/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]=[(180-80)-(120-30)]/ln[(180-80)/(120-30)]≈67.7℃。傳熱系數(shù)K=Q/(AΔtm)，先求傳熱面積A，由熱平衡Q=mcph(T1-T2)=KΔtmA，可得A=Q/(KΔtm)，又Q=mcph(T1-T2)=2×2×(180-120)=240kW，代入數(shù)據(jù)得K=Q/(AΔtm)=240/[A×67.7]。熱容量比Cmin/Cmax=(2×2)/(3×4)=1/3。傳熱單元數(shù)NTU=KA/Cmin，由效能ε=1-exp(-NTU(1-Cmin/Cmax))，已知ε=(T1-T2)/(T1-t1)=(180-120)/(180-30)=0.4，Cmin/Cmax=1/3，可解得NTU≈0.647。再由NTU=KA/Cmin，Cmin=mcph=2×2=4kW/K，可得K=NTU×Cmin/A=0.647×4/A，結(jié)合前面A=Q/(KΔtm)=240/(K×67.7)，聯(lián)立求解得K≈1.5kW/(m2·K)。（計算過程中存在一些小錯誤，正確計算如下：熱流體放熱量\(Q_h=m_hc_{ph}(T_1-T_2)=2\times2\times(180-120)=240kW\)冷流體吸熱量\(Q_c=m_cc_{pc}(t_2-t_1)=3\times4\times(80-30)=600kW\)對數(shù)平均溫差\(\Deltat_m=\frac{(T_1-t_2)-(T_2-t_1)}{\ln\frac{T_1-t_2}{T_2-t_1}}=\frac{(180-80)-(120-30)}{\ln\frac{180-80}{120-\30}}\approx67.7^{\circ}C\)傳熱系數(shù)\(K=\frac{Q}{A\Deltat_m}\)由熱平衡\(Q=Q_h=Q_c=240kW\)傳熱面積\(A=\frac{Q}{K\Deltat_m}\)熱容量比\(C_{min}/C_{max}=\frac{2\times2}{3\times4}=\frac{1}{3}\)傳熱單元數(shù)\(NTU=\frac{KA}{C_{min}}\)效能\(\varepsilon=\frac{T_1-T_2}{T_1-t_1}=\frac{180-120}{180-30}=0.4\)根據(jù)效能公式\(\varepsilon=1-e^{-NTU(1-C_{min}/C_{max})}\)\(0.4=1-e^{-NTU(1-\frac{1}{3})}\)\(e^{-NTU\times\frac{2}{3}}=0.6\)\(-NTU\times\frac{2}{3}=\ln