傳熱學(xué)試題庫含參考答案一、單項(xiàng)選擇題

1.熱量傳遞的三種基本方式是（）

A.熱對(duì)流、導(dǎo)熱、熱輻射

B.復(fù)合傳熱、熱輻射、導(dǎo)熱

C.對(duì)流傳熱、導(dǎo)熱、傳熱過程

D.復(fù)合傳熱、熱輻射、對(duì)流傳熱

答案：A

解析：熱量傳遞的三種基本方式為熱對(duì)流、導(dǎo)熱和熱輻射。復(fù)合傳熱是多種傳熱方式的綜合，傳熱過程是熱量從高溫物體傳遞到低溫物體的整個(gè)過程，它們都不是基本傳熱方式。

2.溫度梯度的方向與熱流的方向（）

A.相同

B.相反

C.垂直

D.無關(guān)

答案：B

解析：根據(jù)傅里葉定律，熱流方向與溫度梯度方向相反，熱流總是從高溫指向低溫，而溫度梯度是沿溫度升高的方向。

3.下列材料中，導(dǎo)熱系數(shù)最大的是（）

A.空氣

B.水

C.銅

D.保溫材料

答案：C

解析：一般來說，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)較大，銅是金屬，其導(dǎo)熱系數(shù)比空氣、水和保溫材料都大?？諝獾膶?dǎo)熱系數(shù)很小，保溫材料的設(shè)計(jì)目的就是降低導(dǎo)熱，其導(dǎo)熱系數(shù)也較小。

4.流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，當(dāng)（）時(shí)，流動(dòng)為湍流。

A.Re<2300

B.2300<Re<10000

C.Re>10000

D.Re>4000

答案：D

解析：對(duì)于管內(nèi)流動(dòng)，當(dāng)雷諾數(shù)Re>4000時(shí)，流動(dòng)為湍流；當(dāng)Re<2300時(shí)，流動(dòng)為層流；2300<Re<4000為過渡區(qū)。

5.大空間自然對(duì)流換熱，當(dāng)加熱面為豎壁時(shí)，（）表示自然對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。

A.Nu

B.Re

C.Pr

D.Gr

答案：A

解析：努塞爾數(shù)Nu表示對(duì)流換熱的強(qiáng)弱，雷諾數(shù)Re反映流體流動(dòng)狀態(tài)，普朗特?cái)?shù)Pr表示流體物性對(duì)對(duì)流換熱的影響，格拉曉夫數(shù)Gr體現(xiàn)自然對(duì)流中浮升力與粘性力的相對(duì)大小。

6.物體的發(fā)射率是指物體的（）與同溫度下黑體的（）之比。

A.輻射力，輻射力

B.吸收率，吸收率

C.反射率，反射率

D.透射率，透射率

答案：A

解析：發(fā)射率定義為物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比。吸收率、反射率和透射率分別是物體吸收、反射和透過輻射能的能力，與發(fā)射率概念不同。

7.兩物體表面進(jìn)行輻射換熱，兩物體的黑度均為0.8，當(dāng)兩物體溫度分別為500K和300K時(shí)，它們之間的輻射換熱量為（）（斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)=5.67×W/(·)）

A.5.67××()

B.0.8×5.67××()

C.×5.67××()

D.2×0.8×5.67××()

答案：B

解析：兩灰體表面間的輻射換熱量公式為q=ε()，其中ε為物體的黑度，和分別為兩物體的溫度，所以本題輻射換熱量為0.8×5.67××()。

8.穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱是指（）

A.物體內(nèi)各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間變化

B.物體內(nèi)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化

C.物體內(nèi)各點(diǎn)溫度僅隨位置變化

D.物體內(nèi)各點(diǎn)溫度既隨時(shí)間變化又隨位置變化

答案：A

解析：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的定義是物體內(nèi)各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間變化，僅與位置有關(guān)。非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)物體內(nèi)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間和位置都發(fā)生變化。

9.對(duì)于通過平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，以下說法正確的是（）

A.平壁內(nèi)的溫度分布是線性的

B.平壁內(nèi)的溫度分布是非線性的

C.熱流密度沿?zé)崃鞣较蛑饾u減小

D.熱流密度沿?zé)崃鞣较蛑饾u增大

答案：A

解析：在通過平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中，若平壁材料均勻且導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，平壁內(nèi)的溫度分布是線性的。熱流密度在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)沿?zé)崃鞣较虮３植蛔儭?/p>

10.對(duì)流換熱系數(shù)的單位是（）

A.W/(·K)

B.W/(m·K)

C.J/(kg·K)

D./s

答案：A

解析：對(duì)流換熱系數(shù)h的定義式為q=hΔT，由此可得其單位為W/(·K)。W/(m·K)是導(dǎo)熱系數(shù)的單位，J/(kg·K)是比熱容的單位，/s是熱擴(kuò)散率的單位。

二、多項(xiàng)選擇題

1.以下屬于增強(qiáng)傳熱的措施有（）

A.增加換熱面積

B.提高流體流速

C.采用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料

D.減小換熱面的黑度

答案：ABC

解析：增加換熱面積可以增加傳熱的途徑，提高流體流速能增強(qiáng)對(duì)流換熱，采用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料能加快熱量傳導(dǎo)，這些都可以增強(qiáng)傳熱。而減小換熱面的黑度會(huì)降低物體的輻射能力，不利于輻射換熱，從而減弱傳熱。

2.影響自然對(duì)流換熱的因素有（）

A.流體的物性

B.換熱面的形狀和尺寸

C.流體與壁面的溫差

D.流體的流動(dòng)狀態(tài)

答案：ABCD

解析：流體的物性（如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度等）影響熱量傳遞和流動(dòng)特性；換熱面的形狀和尺寸會(huì)改變流體的流動(dòng)模式和換熱面積；流體與壁面的溫差是自然對(duì)流的驅(qū)動(dòng)力；流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或湍流）對(duì)換熱效果有很大影響。

3.下列關(guān)于熱輻射的說法正確的是（）

A.熱輻射不需要介質(zhì)

B.熱輻射是一種電磁波傳遞能量的方式

C.熱輻射僅取決于物體的溫度

D.物體的輻射力與溫度的四次方成正比

答案：ABD

解析：熱輻射是通過電磁波傳遞能量，不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播。物體的輻射力與溫度的四次方成正比，但熱輻射不僅取決于物體的溫度，還與物體的表面性質(zhì)等有關(guān)。

4.以下屬于導(dǎo)熱微分方程建立依據(jù)的有（）

A.傅里葉定律

B.能量守恒定律

C.牛頓冷卻公式

D.質(zhì)量守恒定律

答案：AB

解析：導(dǎo)熱微分方程的建立基于傅里葉定律描述熱傳導(dǎo)的規(guī)律和能量守恒定律保證熱量的收支平衡。牛頓冷卻公式用于描述對(duì)流換熱，質(zhì)量守恒定律與導(dǎo)熱微分方程的建立無關(guān)。

5.在管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱中，以下哪些情況會(huì)使對(duì)流換熱系數(shù)增大（）

A.管徑減小

B.流速增大

C.流體粘度增大

D.流體導(dǎo)熱系數(shù)增大

答案：ABD

解析：管徑減小會(huì)使流體的流動(dòng)邊界層變薄，增強(qiáng)對(duì)流換熱；流速增大能提高流體的擾動(dòng)程度，使對(duì)流換熱系數(shù)增大；流體導(dǎo)熱系數(shù)增大有利于熱量的傳遞，也會(huì)使對(duì)流換熱系數(shù)增大。而流體粘度增大，會(huì)使流體的流動(dòng)阻力增大，不利于對(duì)流換熱，對(duì)流換熱系數(shù)會(huì)減小。

三、判斷題

1.熱流方向總是與溫度梯度的方向相同。（）

答案：錯(cuò)誤

解析：熱流方向與溫度梯度方向相反，熱流從高溫流向低溫，而溫度梯度是沿溫度升高的方向。

2.物體的吸收率、反射率和透射率之和恒等于1。（）

答案：正確

解析：根據(jù)能量守恒，投射到物體表面的輻射能，一部分被吸收，一部分被反射，一部分被透射，所以物體的吸收率、反射率和透射率之和恒等于1。

3.自然對(duì)流換熱中，流體的流動(dòng)是由于流體內(nèi)部的溫度差引起的密度差而產(chǎn)生的浮升力導(dǎo)致的。（）

答案：正確

解析：自然對(duì)流的驅(qū)動(dòng)力就是流體內(nèi)部因溫度差產(chǎn)生的密度差，從而形成浮升力，使流體流動(dòng)。

4.穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，物體內(nèi)的溫度分布不隨時(shí)間變化，也不隨位置變化。（）

答案：錯(cuò)誤

解析：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，物體內(nèi)的溫度分布不隨時(shí)間變化，但隨位置變化，不同位置的溫度可能不同。

5.對(duì)于同一流體，在相同的溫度和壓力下，普朗特?cái)?shù)是一個(gè)常數(shù)。（）

答案：正確

解析：普朗特?cái)?shù)Pr==，對(duì)于同一流體，在相同的溫度和壓力下，其物性參數(shù)μ（動(dòng)力粘度）、（比熱容）和λ（導(dǎo)熱系數(shù)）相對(duì)穩(wěn)定，所以普朗特?cái)?shù)是一個(gè)常數(shù)。

四、簡答題

1.簡述傅里葉定律的內(nèi)容和表達(dá)式。

答案：傅里葉定律是描述導(dǎo)熱現(xiàn)象的基本定律，它指出在導(dǎo)熱過程中，單位時(shí)間內(nèi)通過給定截面的導(dǎo)熱量，正比于垂直于該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。其表達(dá)式為q→=?λ?T，在一維情況下可表示為q=?λ，其中q→是熱流密度矢量，λ是導(dǎo)熱系數(shù)，?T是溫度梯度，q是一維熱流密度，是沿x方向的溫度變化率。

2.說明影響對(duì)流換熱系數(shù)的主要因素。

答案：影響對(duì)流換熱系數(shù)的主要因素有：

流體的物性：包括導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度、動(dòng)力粘度等。導(dǎo)熱系數(shù)大的流體有利于熱量傳遞，比熱容大的流體能攜帶更多熱量，密度和動(dòng)力粘度影響流體的流動(dòng)特性。

流體的流動(dòng)狀態(tài)：層流時(shí)流體分層流動(dòng)，熱量主要以導(dǎo)熱方式傳遞，對(duì)流換熱系數(shù)較??；湍流時(shí)流體劇烈混合，熱量傳遞增強(qiáng)，對(duì)流換熱系數(shù)較大。

流體的流動(dòng)起因：強(qiáng)制對(duì)流是由外力（如泵、風(fēng)機(jī)等）驅(qū)動(dòng)，對(duì)流換熱系數(shù)較大；自然對(duì)流是由溫度差引起的浮升力驅(qū)動(dòng)，對(duì)流換熱系數(shù)相對(duì)較小。

換熱面的形狀、尺寸和位置：不同的形狀和尺寸會(huì)影響流體的流動(dòng)模式和邊界層的發(fā)展，換熱面的位置也會(huì)對(duì)流體的流動(dòng)產(chǎn)生影響，從而影響對(duì)流換熱系數(shù)。

3.簡述基爾霍夫定律的內(nèi)容及其意義。

答案：基爾霍夫定律指出，在熱平衡條件下，任何物體的輻射力與它對(duì)同溫度黑體輻射的吸收率之比，恒等于同溫度下黑體的輻射力，即=。其意義在于：它揭示了物體的輻射力與吸收率之間的內(nèi)在聯(lián)系，表明善于輻射的物體也善于吸收。對(duì)于實(shí)際工程中的熱輻射問題，基爾霍夫定律為計(jì)算物體間的輻射換熱提供了重要的理論基礎(chǔ)，使得我們可以通過研究物體的吸收率來了解其輻射特性，在輻射換熱的分析和計(jì)算中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

4.說明強(qiáng)化傳熱和削弱傳熱的主要途徑。

答案：

強(qiáng)化傳熱的主要途徑：

增加換熱面積：如采用肋片等擴(kuò)展表面，增大傳熱的面積。

提高對(duì)流換熱系數(shù)：可以通過提高流體流速、改變流體物性（如選擇導(dǎo)熱系數(shù)大的流體）、改變換熱面形狀和表面粗糙度等方法來實(shí)現(xiàn)。

增大傳熱溫差：例如提高熱流體的溫度或降低冷流體的溫度。

提高輻射換熱能力：如增加物體的黑度等。

削弱傳熱的主要途徑：

采用導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料，減小導(dǎo)熱熱阻。

減小對(duì)流換熱系數(shù)，如降低流體流速、改變流體流動(dòng)狀態(tài)等。

降低輻射換熱，如減小物體的黑度、采用遮熱板等措施。

5.什么是臨界熱絕緣直徑？其物理意義是什么？

答案：對(duì)于圓管外敷設(shè)保溫層的情況，存在一個(gè)臨界熱絕緣直徑，其計(jì)算公式為=，其中λ是保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，h是保溫層外表面的對(duì)流換熱系數(shù)。其物理意義是：當(dāng)圓管外徑小于臨界熱絕緣直徑時(shí)，隨著保溫層厚度的增加，總熱阻先減小后增大，即熱流量先增大后減?。划?dāng)圓管外徑大于臨界熱絕緣直徑時(shí)，隨著保溫層厚度的增加，總熱阻增大，熱流量減小。這是因?yàn)樵诠軓捷^小時(shí)，增加保溫層厚度雖然增大了導(dǎo)熱熱阻，但同時(shí)減小了對(duì)流換熱熱阻，當(dāng)管徑小于臨界熱絕緣直徑時(shí)，減小的對(duì)流換熱熱阻起主導(dǎo)作用，導(dǎo)致熱流量增大。

五、計(jì)算題

1.有一厚度為50mm的平壁，