傳熱學(xué)考試題庫及答案一、選擇題

1.熱流密度q與熱流量??的關(guān)系為（單位面積的熱流量為熱流密度），已知熱流通過的面積為A，則（）

A.q=??A

B.q=

C.??=

D.以上都不對(duì)

答案：B

解析：熱流密度的定義就是單位面積的熱流量，即熱流密度q等于熱流量??除以熱流通過的面積A，所以q=。

2.導(dǎo)熱系數(shù)的單位是（）

A.W/(m·K)

B.W/(·K)

C.J/(kg·K)

D./s

答案：A

解析：根據(jù)傅里葉定律??=?λA，變形可得λ=?，熱流量??的單位是W，面積A的單位是，溫度梯度的單位是K/m，代入可得導(dǎo)熱系數(shù)λ的單位是W/(m·K)。

3.下列材料中，導(dǎo)熱系數(shù)最大的是（）

A.空氣

B.水

C.銅

D.玻璃纖維

答案：C

解析：一般來說，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)較大，在常見材料中，銅是金屬，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣、水和玻璃纖維。空氣是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)很小；水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大，但遠(yuǎn)小于金屬；玻璃纖維是保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)很低。

4.對(duì)于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，以下說法正確的是（）

A.溫度隨時(shí)間變化

B.熱流量隨時(shí)間變化

C.溫度不隨時(shí)間變化

D.熱流密度處處相等

答案：C

解析：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的定義是溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化的導(dǎo)熱過程，即溫度不隨時(shí)間變化。熱流量和熱流密度在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中可能會(huì)因?yàn)槲矬w的幾何形狀、導(dǎo)熱系數(shù)等因素而在不同位置有所不同。

5.對(duì)流換熱系數(shù)h的單位是（）

A.W/(m·K)

B.W/(·K)

C.J/(kg·K)

D./s

答案：B

解析：根據(jù)牛頓冷卻公式??=hAΔT，變形可得h=，熱流量??的單位是W，面積A的單位是，溫差ΔT的單位是K，所以對(duì)流換熱系數(shù)h的單位是W/(·K)。

6.下列哪種流動(dòng)狀態(tài)下的對(duì)流換熱系數(shù)較大（）

A.層流

B.湍流

C.過渡流

D.一樣大

答案：B

解析：在湍流狀態(tài)下，流體的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)劇烈，流體各部分之間的混合強(qiáng)烈，熱量傳遞主要依靠流體的對(duì)流和混合，因此湍流狀態(tài)下的對(duì)流換熱系數(shù)比層流和過渡流大。

7.黑體是指（）

A.黑色的物體

B.能全部吸收外來輻射的物體

C.能全部反射外來輻射的物體

D.能全部透過外來輻射的物體

答案：B

解析：黑體的定義是能全部吸收外來輻射而不發(fā)生反射和透射的物體，與物體的顏色無關(guān)。

8.斯蒂芬玻爾茲曼定律的表達(dá)式為（）

A.E=σ

B.E=εσ

C.??=hAΔT

D.??=?λA

答案：A

解析：斯蒂芬玻爾茲曼定律描述的是黑體的輻射力E與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系，表達(dá)式為E=σ，其中σ是斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)。對(duì)于實(shí)際物體，其輻射力E=εσ，ε是物體的發(fā)射率。??=hAΔT是牛頓冷卻公式，用于對(duì)流換熱；??=?λA是傅里葉定律，用于導(dǎo)熱。

9.兩物體表面間的輻射換熱熱流量與以下哪個(gè)因素?zé)o關(guān)（）

A.兩物體的溫度

B.兩物體的發(fā)射率

C.兩物體的相對(duì)位置

D.兩物體的導(dǎo)熱系數(shù)

答案：D

解析：兩物體表面間的輻射換熱熱流量與兩物體的溫度、發(fā)射率、相對(duì)位置等因素有關(guān)。溫度決定了物體的輻射能力，發(fā)射率反映了物體的輻射特性，相對(duì)位置影響了兩物體之間的輻射角系數(shù)。而導(dǎo)熱系數(shù)是描述物體導(dǎo)熱能力的物理量，與輻射換熱無關(guān)。

10.下列哪種情況下的接觸熱阻較大（）

A.接觸表面光滑

B.接觸壓力大

C.接觸表面有油污

D.材料的導(dǎo)熱系數(shù)大

答案：C

解析：接觸熱阻是指兩固體表面接觸時(shí)，由于表面粗糙、存在間隙等原因?qū)е碌臒嶙?。接觸表面有油污會(huì)增加表面的不平整性和間隙，從而增大接觸熱阻。接觸表面光滑、接觸壓力大以及材料導(dǎo)熱系數(shù)大都會(huì)使接觸熱阻減小。

二、填空題

1.熱量傳遞的三種基本方式是______、______和______。

答案：導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射

解析：這是傳熱學(xué)的基本概念，導(dǎo)熱是指物體內(nèi)部或相互接觸的物體之間由于溫度差引起的熱量傳遞；對(duì)流是指流體中由于各部分溫度不同而引起的相對(duì)位移所導(dǎo)致的熱量傳遞；輻射是指物體通過電磁波傳遞熱量的方式。

2.傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為______，其中負(fù)號(hào)表示______。

答案：??=?λA；熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反

解析：傅里葉定律描述了導(dǎo)熱過程中熱流量與溫度梯度和導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系。溫度梯度是溫度沿空間坐標(biāo)的變化率，熱量總是從高溫區(qū)傳向低溫區(qū)，而溫度梯度的方向是溫度升高的方向，所以熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反，用負(fù)號(hào)表示。

3.影響對(duì)流換熱的主要因素有______、______、______、______和______。

答案：流體的物性、流體的流動(dòng)狀態(tài)、流體的相變情況、換熱表面的幾何形狀和尺寸、換熱表面的粗糙度

解析：流體的物性如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度等會(huì)影響對(duì)流換熱；流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或湍流）不同，換熱效果不同；流體發(fā)生相變（如沸騰、凝結(jié)）時(shí)的換熱比無相變時(shí)強(qiáng)烈；換熱表面的幾何形狀和尺寸會(huì)影響流體的流動(dòng)和換熱；換熱表面的粗糙度會(huì)影響流體的流動(dòng)邊界層，從而影響對(duì)流換熱。

4.普朗特?cái)?shù)Pr的定義式為______，它反映了______。

答案：Pr==；流體動(dòng)量傳遞能力與熱量傳遞能力的相對(duì)大小

解析：普朗特?cái)?shù)中ν是運(yùn)動(dòng)粘度，反映了流體的動(dòng)量擴(kuò)散能力，a是熱擴(kuò)散率，反映了流體的熱量擴(kuò)散能力。Pr數(shù)越大，說明流體的動(dòng)量傳遞能力相對(duì)熱量傳遞能力越強(qiáng)。

5.黑體的輻射力與______的四次方成正比，其比例系數(shù)稱為______。

答案：熱力學(xué)溫度；斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)

解析：根據(jù)斯蒂芬玻爾茲曼定律E=σ，黑體的輻射力E與熱力學(xué)溫度T的四次方成正比，σ=5.67×W/(·)是斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)。

6.角系數(shù)的性質(zhì)有______、______和______。

答案：相對(duì)性、完整性、可加性

解析：相對(duì)性指的是兩個(gè)表面之間的角系數(shù)滿足=；完整性是指從一個(gè)表面發(fā)射出去的輻射能必全部落到由該表面和參與輻射的其他表面所組成的封閉系統(tǒng)的各表面上，即=1；可加性是指如果把表面j分成若干小塊,,?,，則=。

7.熱阻串聯(lián)時(shí)，總熱阻等于______。

答案：各串聯(lián)熱阻之和

解析：在熱阻串聯(lián)的情況下，類似于電阻串聯(lián)，總熱阻=，其中是各個(gè)串聯(lián)熱阻。

8.對(duì)于大容器飽和沸騰，隨著加熱壁面過熱度的增加，沸騰曲線可分為______、______、______和______四個(gè)階段。

答案：自然對(duì)流區(qū)、核態(tài)沸騰區(qū)、過渡沸騰區(qū)、膜態(tài)沸騰區(qū)

解析：在大容器飽和沸騰過程中，不同的過熱度對(duì)應(yīng)不同的沸騰狀態(tài)。自然對(duì)流區(qū)熱流較小，主要靠自然對(duì)流換熱；核態(tài)沸騰區(qū)有大量氣泡產(chǎn)生，換熱強(qiáng)烈；過渡沸騰區(qū)是核態(tài)沸騰向膜態(tài)沸騰的過渡階段，熱流不穩(wěn)定；膜態(tài)沸騰區(qū)加熱面被蒸汽膜覆蓋，換熱系數(shù)下降。

三、簡(jiǎn)答題

1.簡(jiǎn)述導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素。

答：導(dǎo)熱系數(shù)是描述物體導(dǎo)熱能力的物理量，其影響因素主要有以下幾個(gè)方面：

物質(zhì)的種類：不同種類的物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)差異很大。一般來說，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)較大，因?yàn)榻饘僦杏写罅康淖杂呻娮?，自由電子的運(yùn)動(dòng)可以快速傳遞熱量。例如，銅的導(dǎo)熱系數(shù)約為400W/(m·K)。非金屬固體的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小，如玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)很低，可用于保溫。液體的導(dǎo)熱系數(shù)一般介于金屬和氣體之間，水的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.6W/(m·K)。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)最小，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.026W/(m·K)。

溫度：對(duì)于大多數(shù)物質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化而變化。一般金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而略有降低，這是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，金屬中晶格的熱振動(dòng)加劇，阻礙了自由電子的運(yùn)動(dòng)，從而降低了導(dǎo)熱能力。非金屬固體的導(dǎo)熱系數(shù)通常隨溫度升高而增大，因?yàn)闇囟壬邥?huì)增加分子的熱運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)熱量的傳遞。液體的導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度升高而減小，但水在0C范圍內(nèi)，導(dǎo)熱系數(shù)先增大后減小。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大，因?yàn)闇囟壬呤箽怏w分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，碰撞頻繁，導(dǎo)熱能力增強(qiáng)。

濕度：對(duì)于多孔性材料，濕度會(huì)顯著影響其導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)材料吸濕后，水分填充了孔隙，水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大得多，因此材料的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)增大。例如，干燥的保溫材料吸濕后，保溫性能會(huì)下降。

壓力：對(duì)于氣體，壓力對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)有一定影響。在壓力不太高的情況下，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與壓力無關(guān)，但當(dāng)壓力很低或很高時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)發(fā)生變化。在低壓下，氣體分子的平均自由程增大，當(dāng)平均自由程與容器尺寸相當(dāng)時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)減小。在高壓下，氣體分子的密度增大，分子間的碰撞頻率增加，導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)增大。

2.比較導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三種熱量傳遞方式的特點(diǎn)。

答：

導(dǎo)熱：

傳遞介質(zhì)：導(dǎo)熱是在物體內(nèi)部或相互接觸的物體之間進(jìn)行的，需要有物質(zhì)作為介質(zhì)。例如，金屬棒一端受熱，熱量通過金屬內(nèi)部的原子或電子的熱運(yùn)動(dòng)傳遞到另一端。

傳遞機(jī)理：主要依靠分子、原子或電子的熱運(yùn)動(dòng)來傳遞熱量。在固體中，導(dǎo)熱主要是通過晶格振動(dòng)和自由電子的運(yùn)動(dòng)；在液體和氣體中，主要是通過分子的熱運(yùn)動(dòng)和碰撞。

溫度分布：在導(dǎo)熱過程中，物體內(nèi)存在溫度梯度，熱量從高溫區(qū)傳向低溫區(qū)。溫度分布與物體的幾何形狀、導(dǎo)熱系數(shù)和邊界條件有關(guān)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，溫度不隨時(shí)間變化；對(duì)于非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，溫度隨時(shí)間和空間變化。

影響因素：導(dǎo)熱系數(shù)是影響導(dǎo)熱的主要因素，此外還與物體的幾何形狀、尺寸和溫度差等有關(guān)。

對(duì)流：

傳遞介質(zhì)：對(duì)流是流體中發(fā)生的熱量傳遞方式，必須有流體的參與。流體可以是液體或氣體。

傳遞機(jī)理：對(duì)流是由于流體各部分之間的相對(duì)位移引起的。流體的流動(dòng)可以分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。自然對(duì)流是由于流體內(nèi)部的溫度差導(dǎo)致密度不均勻而引起的浮力驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)；強(qiáng)制對(duì)流是由外力（如泵、風(fēng)機(jī)等）驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)。在對(duì)流過程中，熱量傳遞不僅依靠流體分子的熱運(yùn)動(dòng)，還依靠流體的宏觀運(yùn)動(dòng)。

溫度分布：對(duì)流換熱過程中，流體與固體表面之間存在溫度差。在靠近固體表面處，流體形成邊界層，邊界層內(nèi)的溫度梯度較大。

影響因素：影響對(duì)流換熱的因素很多，包括流體的物性（如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度、粘度等）、流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或湍流）、流體的相變情況、換熱表面的幾何形狀和尺寸、換熱表面的粗糙度等。

輻射：

傳遞介質(zhì)：輻射不需要任何介質(zhì)，可以在真空中進(jìn)行。例如，太陽的熱量通過輻射傳遞到地球。

傳遞機(jī)理：輻射是物體通過發(fā)射和吸收電磁波來傳遞熱量的方式。所有溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不斷地發(fā)射輻射能，輻射能的大小與物體的溫度和發(fā)射率有關(guān)。

溫度分布：輻射換熱與物體的溫度有關(guān)，溫度越高，物體的輻射能力越強(qiáng)。輻射換熱過程中，物體之間的溫度差決定了輻射熱流的方向和大小。

影響因素：影響輻射換熱的因素包括物體的溫度、發(fā)射率、物體的幾何形狀和相對(duì)位置等。發(fā)射率反映了物體的輻射特性，不同的物體發(fā)射率不同；物體的幾何形狀和相對(duì)位置影響了輻射角系數(shù)，從而影響輻射換熱的熱流量。

3.什么是相似原理？在對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)研究中有什么作用？

答：

相似原理的定義：相似原理是指對(duì)于兩個(gè)同類的物理現(xiàn)象，如果在相應(yīng)的時(shí)刻和相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)應(yīng)成比例，則稱這兩個(gè)現(xiàn)象彼此相似。在傳熱學(xué)中，主要涉及到幾何相似、物理量相似（如速度相似、溫度相似等）和時(shí)間相似等。對(duì)于對(duì)流換熱問題，通常用相似準(zhǔn)則數(shù)來描述相似條件，如雷諾數(shù)Re、普朗特?cái)?shù)Pr、努塞爾數(shù)Nu等。

在對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)研究中的作用：

指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)相似原理，在進(jìn)行對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)時(shí)，不需要對(duì)所有實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，只需要保證模型與實(shí)際情況的相似準(zhǔn)則數(shù)相等，就可以用模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來預(yù)測(cè)實(shí)際情況。例如，在研究大型換熱器的對(duì)流換熱時(shí)，可以制作一個(gè)縮小比例的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只要