傳熱考試習(xí)題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）

1.下列哪種傳熱方式不需要介質(zhì)（）

A.熱傳導(dǎo)

B.熱對流

C.熱輻射

D.以上都需要

答案：C。熱傳導(dǎo)需要物質(zhì)分子的直接接觸來傳遞熱量；熱對流是依靠流體的宏觀運動來傳熱，都需要介質(zhì)。而熱輻射是通過電磁波傳遞能量，不需要介質(zhì)。

2.導(dǎo)熱系數(shù)的單位是（）

A.W/(m·K)

B.W/(m2·K)

C.J/(kg·K)

D.m2/s

答案：A。導(dǎo)熱系數(shù)λ表示單位溫度梯度下的熱流密度，其單位是W/(m·K)。B選項W/(m2·K)是傳熱系數(shù)的單位；C選項J/(kg·K)是比熱容的單位；D選項m2/s是熱擴散率的單位。

3.對流傳熱系數(shù)的大小與下列哪個因素?zé)o關(guān)（）

A.流體的物性

B.固體表面的形狀

C.熱流方向

D.物體的導(dǎo)熱系數(shù)

答案：D。對流傳熱系數(shù)與流體的物性（如比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度等）、固體表面的形狀、熱流方向等因素有關(guān)。而物體的導(dǎo)熱系數(shù)主要影響熱傳導(dǎo)過程，與對流傳熱系數(shù)無關(guān)。

4.黑體是指（）

A.黑色的物體

B.能全部吸收外來輻射能的物體

C.能全部反射外來輻射能的物體

D.能全部透過外來輻射能的物體

答案：B。黑體是一種理想化的物體，它能全部吸收外來的輻射能，而與物體的顏色無關(guān)。C選項是白體的定義；D選項是透明體的定義。

5.熱阻的概念類似于電學(xué)中的（）

A.電流

B.電壓

C.電阻

D.電容

答案：C。熱阻是熱量傳遞過程中的阻力，類似于電學(xué)中的電阻，它反映了物體對熱量傳遞的阻礙作用。

6.在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，通過多層平壁的熱流密度（）

A.沿?zé)崃鞣较蛑饾u減小

B.沿?zé)崃鞣较蛑饾u增大

C.處處相等

D.不確定

答案：C。在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，沒有熱量的積累，通過多層平壁的熱流密度處處相等。

7.努塞爾數(shù)Nu的物理意義是（）

A.慣性力與粘性力之比

B.浮升力與粘性力之比

C.對流傳熱與熱傳導(dǎo)之比

D.導(dǎo)熱熱阻與對流熱阻之比

答案：C。努塞爾數(shù)Nu反映了對流傳熱與熱傳導(dǎo)的相對大小，其表達(dá)式為Nu=hL/λ，其中h是對流傳熱系數(shù)，L是特征長度，λ是流體的導(dǎo)熱系數(shù)。

8.下列哪種情況的輻射角系數(shù)為1（）

A.兩個無限大平行平板之間的輻射

B.一個物體被另一個物體完全包圍

C.兩個同心球體之間的輻射，內(nèi)球?qū)ψ陨淼妮椛?/p>

D.以上都不對

答案：B。當(dāng)一個物體被另一個物體完全包圍時，被包圍物體發(fā)射的輻射能全部落在包圍物體上，此時輻射角系數(shù)為1。

9.熱擴散率α的表達(dá)式為（）

A.α=λ/(ρc)

B.α=hL/λ

C.α=Gr·Pr

D.α=Nu·λ/L

答案：A。熱擴散率α反映了物體內(nèi)部溫度擴散的能力，其表達(dá)式為α=λ/(ρc)，其中λ是導(dǎo)熱系數(shù)，ρ是密度，c是比熱容。

10.對于管內(nèi)強制對流換熱，當(dāng)流體處于湍流狀態(tài)時，雷諾數(shù)Re（）

A.Re<2300

B.2300<Re<10000

C.Re>10000

D.不確定

答案：C。對于管內(nèi)強制對流換熱，當(dāng)雷諾數(shù)Re<2300時，流體處于層流狀態(tài)；當(dāng)2300<Re<10000時，流體處于過渡流狀態(tài)；當(dāng)Re>10000時，流體處于湍流狀態(tài)。

二、填空題（每題3分，共30分）

1.熱量傳遞的三種基本方式是______、______和______。

答案：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。這是熱量傳遞的最基本方式，涵蓋了不同的物理機制。

2.導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料______能力的物理量，其值越大，材料的導(dǎo)熱能力______。

答案：導(dǎo)熱；越強。導(dǎo)熱系數(shù)是材料的一種固有屬性，反映了材料傳導(dǎo)熱量的難易程度。

3.對流傳熱可分為______對流傳熱和______對流傳熱。

答案：自然；強制。自然對流傳熱是由流體的密度差引起的自然流動而產(chǎn)生的傳熱；強制對流傳熱是通過外力（如泵、風(fēng)機等）使流體流動而產(chǎn)生的傳熱。

4.輻射傳熱的特點是不需要______，可以在______中進行，并且伴隨著______和______的轉(zhuǎn)換。

答案：介質(zhì)；真空；能量形式。熱輻射以電磁波的形式傳遞能量，不需要介質(zhì)，在真空中也能傳播，同時伴隨著熱能和輻射能的相互轉(zhuǎn)換。

5.熱流密度的單位是______，它表示______。

答案：W/m2；單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量。熱流密度是描述熱量傳遞強度的物理量。

6.傅里葉定律的表達(dá)式為______，它表明熱流密度與______成正比。

答案：q=-λ?T；溫度梯度。傅里葉定律描述了熱傳導(dǎo)過程中熱流密度與溫度梯度的關(guān)系，負(fù)號表示熱流方向與溫度梯度方向相反。

7.集總參數(shù)法的適用條件是______，此時物體內(nèi)的溫度______。

答案：Bi<0.1；均勻一致。畢渥數(shù)Bi反映了物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與表面對流熱阻的相對大小，當(dāng)Bi<0.1時，可以認(rèn)為物體內(nèi)的溫度均勻一致，可采用集總參數(shù)法進行分析。

8.格拉曉夫數(shù)Gr的物理意義是______與______之比。

答案：浮升力；粘性力。格拉曉夫數(shù)Gr用于描述自然對流中浮升力和粘性力的相對大小，其表達(dá)式為Gr=gβΔTL3/ν2，其中g(shù)是重力加速度，β是流體的體積膨脹系數(shù)，ΔT是溫差，L是特征長度，ν是運動粘度。

9.斯蒂芬玻爾茲曼定律的表達(dá)式為______，它表明黑體的輻射力與______的四次方成正比。

答案：Eb=σT?；熱力學(xué)溫度。斯蒂芬玻爾茲曼定律描述了黑體的輻射力與熱力學(xué)溫度的關(guān)系，其中σ是斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)。

10.傳熱過程的總熱阻等于______熱阻、______熱阻和______熱阻之和。

答案：對流；導(dǎo)熱；對流。對于一個典型的傳熱過程，如通過平壁的傳熱，總熱阻包括壁面兩側(cè)的對流熱阻和壁體的導(dǎo)熱熱阻。

三、簡答題（每題10分，共20分）

1.簡述熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射的區(qū)別。

答案：

熱傳導(dǎo)是指物體內(nèi)部或相互接觸的物體之間由于分子、原子或自由電子等微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。它需要物質(zhì)的直接接觸，熱量從高溫部分傳遞到低溫部分，例如金屬棒一端受熱，熱量會通過內(nèi)部的原子振動逐漸傳遞到另一端。熱傳導(dǎo)的驅(qū)動力是溫度梯度，其傳熱速率與材料的導(dǎo)熱系數(shù)、溫度梯度和傳熱面積等因素有關(guān)。

熱對流是指流體中各部分之間發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞現(xiàn)象。它必須依靠流體的宏觀運動來實現(xiàn)，可分為自然對流和強制對流。自然對流是由于流體內(nèi)部的溫度差引起密度差，從而導(dǎo)致流體的自然流動；強制對流則是通過外力（如泵、風(fēng)機等）使流體流動。熱對流的傳熱速率與流體的物性、流動狀態(tài)、固體表面的形狀和溫度等因素有關(guān)。

熱輻射是指物體通過電磁波來傳遞能量的過程。它不需要介質(zhì)，可以在真空中進行，而且輻射傳熱不僅有能量的傳遞，還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換，即熱能與輻射能的相互轉(zhuǎn)換。物體的輻射能力與物體的溫度、表面性質(zhì)等因素有關(guān)，溫度越高，輻射能力越強。

綜上所述，熱傳導(dǎo)依靠微觀粒子的熱運動，需要物質(zhì)直接接觸；熱對流依靠流體的宏觀運動；熱輻射通過電磁波傳遞能量，無需介質(zhì)。

2.說明影響對流傳熱系數(shù)的主要因素。

答案：

影響對流傳熱系數(shù)的因素主要有以下幾個方面：

（1）流體的物性：包括比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、密度等。比熱容越大，流體攜帶熱量的能力越強；導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱傳導(dǎo)能力越強，有利于對流傳熱；粘度越大，流體的流動阻力越大，對流傳熱系數(shù)越?。幻芏扔绊懥黧w的慣性力和浮力，從而影響流動狀態(tài)。

（2）流體的流動狀態(tài)：層流和湍流的對流傳熱系數(shù)有很大差異。湍流時流體內(nèi)部的混合強烈，熱量傳遞主要依靠流體微團的隨機運動，對流傳熱系數(shù)比層流時大得多。

（3）流體的流動起因：自然對流和強制對流的對流傳熱系數(shù)不同。強制對流是由外力驅(qū)動流體流動，流速通常較高，對流傳熱系數(shù)一般比自然對流大。

（4）固體表面的形狀、尺寸和位置：不同的表面形狀（如平板、圓管等）、尺寸（特征長度）和位置（如水平放置、垂直放置等）會影響流體的流動情況，從而影響對流傳熱系數(shù)。例如，圓管內(nèi)的對流傳熱與平板上的對流傳熱情況不同；水平放置的平板和垂直放置的平板，其自然對流的對流傳熱系數(shù)也有差異。

（5）熱流方向：在自然對流中，熱流方向（向上或向下）會影響流體的流動形態(tài)，進而影響對流傳熱系數(shù)。例如，熱面朝上和熱面朝下的自然對流情況不同。

四、計算題（每題10分，共20分）

1.有一厚度為δ=0.1m的平壁，兩側(cè)表面溫度分別為T?=100℃，T?=20℃，平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ=2W/(m·K)。試求：（1）通過平壁的熱流密度q；（2）若平壁面積A=2m2，求通過平壁的熱流量Φ。

解：

（1）根據(jù)傅里葉定律，對于單層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，熱流密度的計算公式為：

q=λ(T?T?)/δ

將λ=2W/(m·K)，T?=100℃，T?=20℃，δ=0.1m代入上式得：

q=2×(10020)/0.1=1600W/m2

（2）熱流量Φ與熱流密度q的關(guān)系為：

Φ=qA

將q=1600W/m2，A=2m2代入上式得：

Φ=1600×2=3200W

答：（1）通過平壁的熱流密度為1600W/m2；（2）通過平壁的熱流量為3200W。

2.一外徑為d?=100mm，內(nèi)徑為d?=80mm的金屬圓管，管內(nèi)流體溫度Tf?=150℃，管外空氣溫度Tf?=20℃。管內(nèi)對流換熱系數(shù)h?=100W/(m2·K)，管外對流換熱系數(shù)h?=10W/(m2·K)，金屬管的導(dǎo)熱系數(shù)λ=50W/(m·K)。試求單位長度圓管的熱損失q?。

解：

首先計算各部分熱阻：

管內(nèi)對流熱阻：

R?=1/(h?πd?)=1/(100×π×0.08)≈0.0398K/W

管壁導(dǎo)熱熱阻：

R?=ln(d?/d?)/(2πλ)=ln(100/8