大學傳熱學試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）

1.熱流密度q與熱流量??的關系為（式中A為傳熱面積）（）

A.q=??A

B.q=??/A

C.??=q/A

D.q=??+A

答案：B

解析：熱流密度是單位時間內(nèi)通過單位面積的熱流量，根據(jù)定義可知q=，所以選B。

2.下列哪種物質(zhì)的導熱系數(shù)最大（）

A.空氣

B.水

C.銅

D.玻璃

答案：C

解析：在常見物質(zhì)中，金屬的導熱系數(shù)一般較大，銅是金屬，空氣的導熱系數(shù)非常小，水的導熱系數(shù)小于金屬，玻璃的導熱系數(shù)也遠小于銅。所以銅的導熱系數(shù)最大，選C。

3.流體在管內(nèi)作湍流流動時（Re>），其對流傳熱系數(shù)α與雷諾數(shù)Re的n次方成正比，n的值為（）

A.0.5

B.0.6

C.0.8

D.1.0

答案：C

解析：對于流體在管內(nèi)作湍流流動（Re>）時，根據(jù)對流傳熱的經(jīng)驗關聯(lián)式，對流傳熱系數(shù)α與雷諾數(shù)Re的0.8次方成正比，所以n=0.8，選C。

4.黑體是指（）

A.不輻射熱的物體

B.不吸收熱的物體

C.吸收率α=1的物體

D.反射率ρ=1的物體

答案：C

解析：黑體的定義是吸收率α=1的物體，即能全部吸收投射到它上面的各種波長的熱輻射能，而不是不輻射熱，也不是不吸收熱或反射率為1的物體。所以選C。

5.蒸汽在水平管束外凝結時，平均凝結傳熱系數(shù)與垂直管束相比（）

A.較大

B.較小

C.相等

D.無法確定

答案：B

解析：蒸汽在水平管束外凝結時，下面的管子會受到上面管子凝結液的影響，液膜增厚，熱阻增大，導致平均凝結傳熱系數(shù)比垂直管束小。所以選B。

6.傅里葉定律適用于（）

A.穩(wěn)態(tài)導熱

B.非穩(wěn)態(tài)導熱

C.穩(wěn)態(tài)導熱和非穩(wěn)態(tài)導熱

D.熱對流

答案：C

解析：傅里葉定律是描述導熱現(xiàn)象的基本定律，它既適用于穩(wěn)態(tài)導熱，也適用于非穩(wěn)態(tài)導熱。熱對流現(xiàn)象遵循牛頓冷卻定律，而不是傅里葉定律。所以選C。

7.下列哪種情況的熱輻射可以看作是灰體輻射（）

A.黑體輻射

B.吸收率與波長無關的物體輻射

C.反射率與波長有關的物體輻射

D.透過率與波長有關的物體輻射

答案：B

解析：灰體是指吸收率與波長無關的物體，其輻射特性可以用較為簡單的方法處理。黑體是一種特殊情況，反射率與波長有關、透過率與波長有關都不符合灰體的定義。所以選B。

8.對流傳熱過程中，努塞爾數(shù)Nu的物理意義是（）

A.反映流體中熱量傳輸與分子擴散傳輸?shù)南鄬Υ笮?/p>

B.反映慣性力與粘性力的相對大小

C.反映對流傳熱的強弱程度

D.反映浮升力與粘性力的相對大小

答案：C

解析：努塞爾數(shù)Nu=，其中α是對流傳熱系數(shù)，它反映了對流傳熱的強弱程度。普朗特數(shù)Pr反映流體中熱量傳輸與分子擴散傳輸?shù)南鄬Υ笮。焕字Z數(shù)Re反映慣性力與粘性力的相對大?。桓窭瓡苑驍?shù)Gr反映浮升力與粘性力的相對大小。所以選C。

9.已知某換熱器的冷、熱流體進出口溫度分別為、和、，且<，<，則該換熱器可能是（）

A.順流換熱器

B.逆流換熱器

C.順流或逆流換熱器

D.都不是

答案：C

解析：順流和逆流換熱器都有可能出現(xiàn)冷、熱流體進出口溫度滿足<，<的情況。順流時，熱流體和冷流體同向流動；逆流時，熱流體和冷流體反向流動。所以該換熱器可能是順流或逆流換熱器，選C。

10.物體的輻射力E與同溫度下黑體的輻射力之比稱為（）

A.吸收率

B.反射率

C.發(fā)射率

D.透過率

答案：C

解析：物體的發(fā)射率ε=，即物體的輻射力E與同溫度下黑體的輻射力之比。吸收率α是吸收的輻射能與投射的輻射能之比；反射率ρ是反射的輻射能與投射的輻射能之比；透過率τ是透過的輻射能與投射的輻射能之比。所以選C。

二、填空題（每題2分，共20分）

1.導熱系數(shù)的單位是__________。

答案：W/(m·K)

解析：根據(jù)傅里葉定律q=?λ，經(jīng)過單位推導可得導熱系數(shù)λ的單位是W/(m·K)。

2.流體的物性參數(shù)__________、__________和__________對對流傳熱有重要影響。

答案：導熱系數(shù)λ、比熱容、粘度μ

解析：導熱系數(shù)λ影響熱量在流體中的傳導能力；比熱容決定了流體吸收或放出熱量時溫度的變化程度；粘度μ影響流體的流動狀態(tài)，從而影響對流傳熱。

3.大容器飽和沸騰曲線可分為__________、__________、__________和__________四個區(qū)域。

答案：自然對流區(qū)、核態(tài)沸騰區(qū)、過渡沸騰區(qū)、穩(wěn)定膜態(tài)沸騰區(qū)

解析：這是大容器飽和沸騰的典型特征區(qū)域劃分，不同區(qū)域的沸騰機理和傳熱特性不同。

4.熱輻射的特點是不需要__________，可以在真空中傳播，并且伴有__________的轉(zhuǎn)換。

答案：介質(zhì)、能量形式

解析：熱輻射是通過電磁波傳遞能量，不需要介質(zhì)，在傳播過程中伴隨著熱能與輻射能的轉(zhuǎn)換。

5.換熱器的熱計算方法有__________和__________兩種。

答案：平均溫差法、效能傳熱單元數(shù)法

解析：平均溫差法通過計算對數(shù)平均溫差來進行換熱器的熱計算；效能傳熱單元數(shù)法利用換熱器的效能和傳熱單元數(shù)的關系進行計算。

6.穩(wěn)態(tài)導熱是指溫度場不隨__________變化的導熱過程。

答案：時間

解析：穩(wěn)態(tài)導熱的定義就是溫度場不隨時間變化，只與空間位置有關。

7.角系數(shù)具有__________、__________和__________三個性質(zhì)。

答案：相對性、完整性、可加性

解析：角系數(shù)的相對性是指=；完整性是指=1；可加性是指若表面2可分為2a和2b兩部分，則=+。

8.對于無限大平壁的穩(wěn)態(tài)導熱，其內(nèi)部溫度分布為__________。

答案：線性分布

解析：根據(jù)無限大平壁穩(wěn)態(tài)導熱的溫度分布公式T(x)=?x（其中、為平壁兩側(cè)溫度，δ為平壁厚度），可知溫度分布是線性的。

9.兩表面間的輻射換熱熱阻包括__________熱阻和__________熱阻。

答案：表面、空間

解析：表面熱阻與物體的發(fā)射率等表面特性有關；空間熱阻與兩表面的幾何形狀、相對位置等空間因素有關。

10.流體在管內(nèi)強制對流換熱時，層流與湍流的分界雷諾數(shù)R為__________。

答案：2300

解析：這是流體在管內(nèi)流動狀態(tài)的一個重要分界值，當Re<2300時為層流，Re>2300時可能為過渡流或湍流。

三、簡答題（每題10分，共30分）

1.簡述導熱、熱對流和熱輻射三種傳熱方式的區(qū)別。

答：

導熱：是指物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子及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。它的特點是必須有溫度差，且在固體、液體和氣體中都可以發(fā)生，但在純導熱過程中物體內(nèi)各部分之間不發(fā)生宏觀的相對位移。例如，金屬棒一端受熱，熱量通過分子和自由電子的熱運動傳遞到另一端。

熱對流：是指由于流體的宏觀運動而引起的流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷熱流體相互摻混所導致的熱量傳遞過程。熱對流僅能發(fā)生在流體中，而且由于流體中的分子同時在進行著不規(guī)則的熱運動，因而熱對流必然伴隨著導熱現(xiàn)象。根據(jù)引起流體流動的原因不同，熱對流可分為自然對流和強制對流。自然對流是由于流體中溫度不同而引起密度差異，從而產(chǎn)生浮升力導致流體流動；強制對流是通過外界機械力（如泵、風機等）使流體流動。例如，暖氣片周圍空氣的自然對流，以及空調(diào)中風機使空氣強制對流。

熱輻射：是指物體由于熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象。熱輻射的特點是不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播，并且在熱輻射過程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換，即熱能轉(zhuǎn)換為輻射能，輻射能被其他物體吸收后又轉(zhuǎn)換為熱能。熱輻射的能量傳遞與溫度有關，溫度越高，輻射能力越強。例如，太陽向地球傳遞熱量就是通過熱輻射的方式。

2.什么是臨界熱流密度？它在工程上有什么意義？

答：

臨界熱流密度的定義：在大容器飽和沸騰中，核態(tài)沸騰向過渡沸騰轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點所對應的熱流密度稱為臨界熱流密度，用表示。在核態(tài)沸騰階段，隨著熱流密度的增加，氣泡不斷產(chǎn)生和脫離，傳熱系數(shù)和熱流密度都不斷增大。當熱流密度達到臨界熱流密度時，加熱面上的氣泡會大量產(chǎn)生并相互連接形成汽膜，開始進入過渡沸騰階段，此時傳熱系數(shù)開始下降。

工程意義：

防止設備損壞：在一些加熱設備（如鍋爐、蒸發(fā)器等）中，如果熱流密度超過臨界熱流密度，會導致加熱面溫度急劇升高，可能使加熱面材料的強度降低，甚至燒毀加熱面，造成設備損壞。因此，在設計和運行這些設備時，必須確保熱流密度低于臨界熱流密度，以保證設備的安全運行。

優(yōu)化傳熱設計：臨界熱流密度是衡量沸騰傳熱性能的一個重要指標。在設計換熱器等設備時，了解臨界熱流密度可以幫助工程師選擇合適的工作參數(shù)和結構，以提高傳熱效率，同時避免出現(xiàn)危險的工況。例如，通過合理設計加熱面的形狀、材料和表面處理等，可以提高臨界熱流密度，從而在安全的前提下實現(xiàn)更高的熱流傳遞。

3.簡述換熱器效能傳熱單元數(shù)法（εNTU法）的基本原理和適用范圍。

答：

基本原理：

換熱器的效能ε定義為實際傳熱量??與最大可能傳熱量之比，即ε=。最大可能傳熱量是指當冷、熱流體中熱容流量較小的流體發(fā)生最大可能的溫度變化時所傳遞的熱量，=(?)，其中是冷、熱流體中熱容流量較小的值，是熱流體的進口溫度，是冷流體的進口溫度。

傳熱單元數(shù)NTU定義為NTU=，其中K是換熱器的總傳熱系數(shù)，A是傳熱面積。

通過理論推導，可以得到不同類型換熱器（如順流、逆流等）的效能ε與傳熱單元數(shù)NTU以及熱容流量比=之間的關系。這些關系通常以圖表或公式的形式給出。在已知換熱器的類型、NTU和的情況下，可以通過這些關系求出效能ε，進而求出實際傳熱量??=ε。

適用范圍：

已知進出口部分溫度和熱容量：當已知冷、熱流體的進口溫度以及熱容流量，并且需要求解換熱器的傳熱量、出口溫度等參數(shù)時，εNTU法比平均溫差法更方便。因為在這種情況下，不需要先假設出口溫度來計算對數(shù)平均溫差，而是直接利用已知的參數(shù)計算NTU和，然后通過εNTU關系求解。

換熱器的設計和選型：在換熱器的設計和選型過程中，εNTU法可以快速評估不同類型和尺寸的換熱器在給定工況下的性能。通過調(diào)整傳熱單元數(shù)和熱容流量比等參數(shù)，可以比較不同方案的效能，從而選擇最合適的換