傳熱現(xiàn)象試題及答案一、選擇題

1.以下哪種傳熱方式不需要介質(zhì)？（）

A.熱傳導(dǎo)

B.熱對(duì)流

C.熱輻射

D.以上都不對(duì)

答案：C。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、原子或電子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象，需要物質(zhì)作為媒介；熱對(duì)流是流體中溫度不同的各部分之間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)所引起的熱量傳遞過程，也需要流體作為介質(zhì)；而熱輻射是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象，不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播。

2.對(duì)于平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)，以下說(shuō)法正確的是（）

A.熱流密度與溫差成正比，與壁厚成反比

B.熱流密度與溫差成反比，與壁厚成正比

C.熱流密度與溫差和壁厚都成正比

D.熱流密度與溫差和壁厚都成反比

答案：A。根據(jù)平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)的傅里葉定律，熱流密度q=?λ，對(duì)于平壁，熱流密度q=（其中λ為導(dǎo)熱系數(shù)，ΔT為溫差，δ為壁厚），所以熱流密度與溫差成正比，與壁厚成反比。

3.在無(wú)相變的對(duì)流傳熱過程中，熱阻主要集中在（）

A.湍流主體

B.層流內(nèi)層

C.過渡層

D.不確定

答案：B。在無(wú)相變的對(duì)流傳熱中，層流內(nèi)層的流體處于層流狀態(tài)，熱量傳遞主要依靠分子熱傳導(dǎo)，其導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小，導(dǎo)致熱阻較大，所以熱阻主要集中在層流內(nèi)層。

4.黑體是指（）

A.黑色的物體

B.能全部吸收外來(lái)輻射能的物體

C.能全部反射外來(lái)輻射能的物體

D.能全部透過外來(lái)輻射能的物體

答案：B。黑體是一種理想化的物體，它能夠全部吸收外來(lái)的輻射能，而與物體的顏色無(wú)關(guān)。

5.下列哪種情況的熱輻射可以忽略不計(jì)（）

A.太陽(yáng)與地球之間的傳熱

B.高溫爐膛內(nèi)的傳熱

C.常溫下兩個(gè)物體之間的傳熱

D.工業(yè)爐窯的輻射傳熱

答案：C。太陽(yáng)與地球之間距離遙遠(yuǎn)，主要靠熱輻射傳熱；高溫爐膛內(nèi)溫度很高，熱輻射是重要的傳熱方式；工業(yè)爐窯溫度較高，熱輻射也不可忽略。而常溫下物體的熱輻射能力較弱，常溫下兩個(gè)物體之間的傳熱主要以熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流為主，熱輻射可以忽略不計(jì)。

6.對(duì)于流體在圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制湍流對(duì)流傳熱，當(dāng)管長(zhǎng)與管徑之比L/d>60時(shí)，管長(zhǎng)修正系數(shù)（）

A.大于1

B.小于1

C.等于1

D.不確定

答案：C。當(dāng)管長(zhǎng)與管徑之比L/d>60時(shí)，流體已充分發(fā)展，管長(zhǎng)修正系數(shù)等于1。

7.對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中的特征長(zhǎng)度，對(duì)于圓管內(nèi)的對(duì)流傳熱一般?。ǎ?/p>

A.管徑

B.管長(zhǎng)

C.管外徑

D.管內(nèi)徑

答案：D。在圓管內(nèi)的對(duì)流傳熱中，特征長(zhǎng)度通常取管內(nèi)徑。

8.熱導(dǎo)率的單位是（）

A.W/(m·K)

B.W/(m2·K)

C.W/m

D.W/(kg·K)

答案：A。熱導(dǎo)率表示單位溫度梯度下的熱流密度，其單位是W/(m·K)。

9.下列哪種材料的熱導(dǎo)率最大（）

A.金屬

B.液體

C.氣體

D.絕熱材料

答案：A。一般來(lái)說(shuō)，金屬內(nèi)部存在大量的自由電子，自由電子的運(yùn)動(dòng)使得金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，其熱導(dǎo)率最大；液體次之；氣體的熱導(dǎo)率最??；絕熱材料的熱導(dǎo)率很低，用于減少熱量傳遞。

10.大容器飽和沸騰曲線包括（）

A.自然對(duì)流、核狀沸騰、膜狀沸騰三個(gè)階段

B.強(qiáng)制對(duì)流、核狀沸騰、膜狀沸騰三個(gè)階段

C.自然對(duì)流、泡核沸騰、過渡沸騰、穩(wěn)定膜狀沸騰四個(gè)階段

D.強(qiáng)制對(duì)流、泡核沸騰、過渡沸騰、穩(wěn)定膜狀沸騰四個(gè)階段

答案：C。大容器飽和沸騰曲線依次經(jīng)歷自然對(duì)流、泡核沸騰、過渡沸騰、穩(wěn)定膜狀沸騰四個(gè)階段。

11.蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)（）液體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。

A.大于

B.小于

C.等于

D.不確定

答案：A。蒸汽冷凝時(shí)會(huì)釋放出汽化潛熱，使得傳熱過程更為強(qiáng)烈，所以蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)大于液體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。

12.對(duì)于通過多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)，各層的熱流密度（）

A.不相等

B.相等

C.外層大，內(nèi)層小

D.外層小，內(nèi)層大

答案：B。在多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)中，根據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱的特點(diǎn)，各層的熱流密度是相等的。

13.若兩物體的輻射傳熱系數(shù)為K，兩物體的輻射面積分別為和（<），則輻射傳熱量Q的計(jì)算公式為（）

A.Q=K()

B.Q=K()

C.Q=K(+)()

D.Q=K()()

答案：A。在輻射傳熱中，輻射傳熱量Q=K()，其中為較小的輻射面積。

14.當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，其對(duì)流傳熱系數(shù)與流速的（）次方成正比。

A.0.8

B.0.5

C.0.3

D.1

答案：B。當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)與流速的0.5次方成正比。

15.下列關(guān)于熱輻射的說(shuō)法正確的是（）

A.只有高溫物體才會(huì)有熱輻射

B.熱輻射只能在空氣中傳播

C.熱輻射是通過電磁波傳遞熱量的

D.熱輻射的能量與溫度無(wú)關(guān)

答案：C。任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)有熱輻射，A錯(cuò)誤；熱輻射不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播，B錯(cuò)誤；熱輻射的能量與物體的溫度密切相關(guān)，D錯(cuò)誤；熱輻射是通過電磁波傳遞熱量的，C正確。

二、填空題

1.熱傳遞的三種基本方式為______、______和______。

答案：熱傳導(dǎo)；熱對(duì)流；熱輻射

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：q=?λ；熱流方向與溫度梯度方向相反

3.對(duì)流傳熱系數(shù)α的物理意義是______。

答案：當(dāng)流體與壁面之間的溫度差為1K時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量

4.普朗特?cái)?shù)Pr的表達(dá)式為______，它反映了______的相對(duì)大小。

答案：Pr==；動(dòng)量擴(kuò)散與熱量擴(kuò)散

5.黑體的輻射能力與______的四次方成正比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為______。

答案：熱力學(xué)溫度；=，其中為斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)

6.穩(wěn)態(tài)傳熱是指______不隨時(shí)間變化的傳熱過程。

答案：傳熱速率

7.對(duì)于氣體，其熱導(dǎo)率隨溫度的升高而______；對(duì)于大多數(shù)液體，其熱導(dǎo)率隨溫度的升高而______。

答案：增大；減小

8.流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)，當(dāng)Re增大，則對(duì)流傳熱系數(shù)______。

答案：增大

9.大容器飽和沸騰時(shí)，在核狀沸騰階段，隨著溫度差的增大，對(duì)流傳熱系數(shù)______。

答案：增大

10.熱阻的單位是______。

答案：K/W

三、簡(jiǎn)答題

1.簡(jiǎn)述熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射的區(qū)別。

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、原子或電子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它需要物質(zhì)作為媒介，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(huì)通過金屬內(nèi)部的微觀粒子運(yùn)動(dòng)傳遞到另一端。

熱對(duì)流是指流體中溫度不同的各部分之間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)所引起的熱量傳遞過程，它只能發(fā)生在流體中，并且需要有流體的宏觀運(yùn)動(dòng)。例如，熱水在容器中由于溫度不均勻產(chǎn)生的自然對(duì)流，或者通過水泵等外力使流體流動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流。

熱輻射是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象，它不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播。熱輻射的能量傳遞是通過電磁波進(jìn)行的，任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)向外輻射能量，如太陽(yáng)向地球傳遞熱量就是通過熱輻射的方式。

2.簡(jiǎn)述影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素。

影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素主要有以下幾個(gè)方面：

流體的物性：包括流體的熱導(dǎo)率、比熱容、密度、黏度等。熱導(dǎo)率大的流體，傳熱能力強(qiáng)，對(duì)流傳熱系數(shù)大；比熱容和密度大的流體，攜帶熱量的能力強(qiáng)，有利于傳熱；黏度大的流體，流動(dòng)阻力大，不利于傳熱，對(duì)流傳熱系數(shù)小。

流體的流動(dòng)狀態(tài)：層流時(shí)，流體主要以分子熱傳導(dǎo)方式傳熱，對(duì)流傳熱系數(shù)較??；湍流時(shí)，流體內(nèi)部有強(qiáng)烈的混合和擾動(dòng)，熱量傳遞主要依靠流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，對(duì)流傳熱系數(shù)較大。

流體的流動(dòng)起因：強(qiáng)制對(duì)流的流速一般比自然對(duì)流大，因此強(qiáng)制對(duì)流的對(duì)流傳熱系數(shù)通常大于自然對(duì)流的對(duì)流傳熱系數(shù)。

傳熱面的形狀、大小和位置：不同的傳熱面形狀（如管、板等）、大小和放置方式（水平或垂直）會(huì)影響流體的流動(dòng)情況，從而影響對(duì)流傳熱系數(shù)。例如，垂直放置的傳熱面與水平放置的傳熱面，流體的流動(dòng)狀態(tài)和傳熱效果不同。

相態(tài)變化：有相變的對(duì)流傳熱，如蒸汽冷凝、液體沸騰等，由于相變過程中釋放或吸收大量的潛熱，對(duì)流傳熱系數(shù)通常比無(wú)相變時(shí)大得多。

3.簡(jiǎn)述強(qiáng)化傳熱的途徑。

強(qiáng)化傳熱的途徑主要有以下幾種：

增大傳熱面積：可以通過采用擴(kuò)展表面（如翅片管）、增加管數(shù)、采用螺旋管等方式增大傳熱面積，從而增加熱量傳遞的途徑，提高傳熱速率。例如，在換熱器中使用翅片管，能顯著增大傳熱面積，提高傳熱效果。

增大平均溫差：可以通過調(diào)整冷熱流體的進(jìn)出口溫度、改變流體的流動(dòng)方式（如逆流、并流等）來(lái)增大平均溫差。一般來(lái)說(shuō)，逆流操作時(shí)的平均溫差大于并流操作，因此在換熱器設(shè)計(jì)中常采用逆流布置。

提高傳熱系數(shù)：

對(duì)于熱傳導(dǎo)，選擇熱導(dǎo)率大的材料，減少熱阻。例如，在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，選用銅、鋁等熱導(dǎo)率高的金屬材料作為換熱管。

對(duì)于對(duì)流傳熱，通過增加流體的流速、改變流體的流動(dòng)狀態(tài)（如使流體處于湍流狀態(tài)）、選擇合適的流體物性等方式來(lái)提高對(duì)流傳熱系數(shù)。例如，在管內(nèi)流動(dòng)的流體，提高流速可以使Re數(shù)增大，從而使對(duì)流傳熱系數(shù)增大。

對(duì)于熱輻射，通過提高物體的黑度、增大輻射面積、提高物體的溫度等方式來(lái)增強(qiáng)輻射傳熱。例如，在高溫爐窯中，采用高黑度的耐火材料內(nèi)襯，可提高輻射傳熱效率。

4.簡(jiǎn)述蒸汽冷凝傳熱的兩種方式及特點(diǎn)。

蒸汽冷凝傳熱有膜狀冷凝和滴狀冷凝兩種方式。

膜狀冷凝：當(dāng)蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)，蒸汽在壁面上形成一層連續(xù)的液膜，后續(xù)蒸汽的冷凝只能在液膜表面進(jìn)行，冷凝液靠重力沿壁面流下。液膜成為蒸汽與壁面之間的主要熱阻，使得傳熱系數(shù)相對(duì)較低。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)情況下是膜狀冷凝。

滴狀冷凝：蒸汽在壁面上冷凝時(shí)，形成一個(gè)個(gè)小液滴，液滴長(zhǎng)大后在重力或蒸汽流動(dòng)的作用下脫離壁面，露出的壁面又可直接進(jìn)行蒸汽冷凝。由于沒有連續(xù)液膜的阻礙，滴狀冷凝的傳熱系數(shù)比膜狀冷凝大得多。但在實(shí)際工業(yè)中，要保持滴狀冷凝是比較困難的，因?yàn)楸砻婊钚晕镔|(zhì)容易使滴狀冷凝轉(zhuǎn)變?yōu)槟罾淠?/p>

四、計(jì)算題

1.有一厚度為50mm的平壁，兩側(cè)壁面溫度分別為=C和=C，平壁材料的熱