傳熱學(xué)模擬試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）

1.熱流密度q與熱流量Φ的關(guān)系為（），其中A為傳熱面積。

A.q=ΦA(chǔ)

B.q=Φ/A

C.q=A/Φ

D.q=Φ+A

答案：B。熱流密度q是單位時間內(nèi)通過單位面積的熱流量，其定義式為q=，所以答案選B。

2.下列哪種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)最大（）

A.空氣

B.水

C.銅

D.玻璃

答案：C。一般來說，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)較大，在上述選項中銅是金屬，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)非常小，水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大但遠小于金屬，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)也不如銅大。銅的導(dǎo)熱系數(shù)通常在幾百W/(m·K)，而空氣約為0.026W/(m·K)，水約為0.6W/(m·K)，玻璃約為0.71.0W/(m·K)，所以銅的導(dǎo)熱系數(shù)最大，答案選C。

3.已知某平壁內(nèi)外表面溫度分別為和（>），壁厚為δ，導(dǎo)熱系數(shù)為λ，則通過平壁的熱流密度為（）

A.q=

B.q=

C.q=

D.q=

答案：A。根據(jù)平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的熱流密度公式q=，其中λ為導(dǎo)熱系數(shù)，為溫差，δ為壁厚，所以答案選A。

4.流體在管內(nèi)作湍流流動時，當(dāng)Re數(shù)增大，則對流換熱系數(shù)（）

A.減小

B.增大

C.不變

D.無法確定

答案：B。對于管內(nèi)湍流流動的對流換熱，對流換熱系數(shù)h與雷諾數(shù)Re有關(guān)。根據(jù)對流換熱的實驗關(guān)聯(lián)式，一般情況下，隨著Re數(shù)增大，流體的流速增加，流體的擾動增強，邊界層厚度變薄，從而使對流換熱系數(shù)增大，所以答案選B。

5.下列哪種傳熱過程為復(fù)合傳熱（）

A.導(dǎo)熱

B.對流

C.輻射

D.鍋爐爐膛內(nèi)火焰與水冷壁之間的傳熱

答案：D。復(fù)合傳熱是指同時存在兩種或兩種以上基本傳熱方式的傳熱過程。鍋爐爐膛內(nèi)火焰與水冷壁之間的傳熱，既有火焰對水冷壁的輻射傳熱，又有高溫?zé)煔馀c水冷壁之間的對流換熱，是輻射和對流同時存在的復(fù)合傳熱過程。而導(dǎo)熱、對流、輻射是三種基本的傳熱方式，不是復(fù)合傳熱，所以答案選D。

6.大容器飽和沸騰曲線中，核態(tài)沸騰段的熱流密度隨壁面過熱度的增加而（）

A.減小

B.增大

C.先增大后減小

D.先減小后增大

答案：B。在大容器飽和沸騰曲線的核態(tài)沸騰段，隨著壁面過熱度的增加，汽泡生成、長大和脫離的頻率加快，使得液體與加熱面之間的換熱增強，熱流密度隨壁面過熱度的增加而增大，所以答案選B。

7.黑體的有效輻射（）其本身輻射。

A.大于

B.小于

C.等于

D.無法比較

答案：C。對于黑體，由于其吸收率α=1，投入輻射全部被吸收，有效輻射J等于本身輻射，所以答案選C。

8.若冷、熱流體的進出口溫度均已確定，為了提高平均溫差，在相同的傳熱面積下，應(yīng)采用（）

A.順流

B.逆流

C.交叉流

D.混合流

答案：B。在冷、熱流體進出口溫度相同的情況下，逆流布置的對數(shù)平均溫差最大，順流布置的對數(shù)平均溫差最小，交叉流和混合流介于兩者之間。所以為了提高平均溫差，在相同的傳熱面積下應(yīng)采用逆流布置，答案選B。

9.畢渥數(shù)Bi反映了（）

A.導(dǎo)熱熱阻與對流熱阻之比

B.對流熱阻與導(dǎo)熱熱阻之比

C.慣性力與粘性力之比

D.浮升力與粘性力之比

答案：A。畢渥數(shù)Bi=，其中h為對流換熱系數(shù)，L為特征長度，λ為導(dǎo)熱系數(shù)。從物理意義上看，它表示物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與物體表面對流熱阻之比，所以答案選A。

10.已知某換熱器冷熱流體的進出口溫度分別為、、、，且>，>，該換熱器的效能ε為（）

A.

B.

C.當(dāng)=時，；當(dāng)=時，

D.以上都不對

答案：C。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。ε=，當(dāng)=時，ε=；當(dāng)=時，ε=，所以答案選C。

二、填空題（每題2分，共20分）

1.熱量傳遞的三種基本方式為______、______和______。

答案：導(dǎo)熱；對流；輻射。這是傳熱學(xué)中熱量傳遞的三種基本方式，導(dǎo)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；對流是指流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程；輻射是指物體通過電磁波來傳遞能量的方式。

2.導(dǎo)熱系數(shù)的單位是______，它表示材料的______能力。

答案：W/(m·K)；導(dǎo)熱。導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量，其單位是由熱流密度、溫度梯度等物理量推導(dǎo)得出，根據(jù)傅里葉定律q=?λ，經(jīng)過單位換算可得其單位為W/(m·K)。

3.對于無限大平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，平壁內(nèi)的溫度分布為______函數(shù)。

答案：線性。根據(jù)平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布公式t(x)=?x（其中、為平壁兩側(cè)溫度，δ為壁厚，x為距離），可知平壁內(nèi)溫度分布是關(guān)于位置x的線性函數(shù)。

4.對流換熱的基本計算式是______。

答案：牛頓冷卻公式q=hΔt，其中q為對流換熱的熱流密度，h為對流換熱系數(shù)，Δt為流體與壁面的溫差。

5.流體在管內(nèi)強制對流換熱時，層流和湍流的臨界雷諾數(shù)R為______。

答案：2300。當(dāng)Re<2300時，流體在管內(nèi)流動為層流；當(dāng)Re>2300時，流體在管內(nèi)流動為湍流。

6.大容器飽和沸騰曲線可分為______、______、______和膜態(tài)沸騰四個區(qū)域。

答案：自然對流沸騰；核態(tài)沸騰；過渡沸騰。在大容器飽和沸騰過程中，隨著壁面過熱度的增加，依次經(jīng)歷自然對流沸騰、核態(tài)沸騰、過渡沸騰和膜態(tài)沸騰四個階段。

7.黑體的發(fā)射率ε為______，吸收率α為______。

答案：1；1。黑體是一種理想化的物體，它能夠完全吸收外來的輻射能，即吸收率α=1，同時它的發(fā)射能力也是最強的，發(fā)射率ε=1。

8.傳熱過程的傳熱系數(shù)K的單位是______，它表示______。

答案：W/(·K)；冷熱流體間單位溫差作用下，通過單位傳熱面積的熱流量。傳熱系數(shù)K綜合反映了傳熱過程中冷熱流體間熱量傳遞的能力，其大小與冷熱流體的對流換熱情況、壁面的導(dǎo)熱情況等有關(guān)。

9.若已知某一非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的畢渥數(shù)Bi<0.1，則該問題可采用______方法進行求解。

答案：集總參數(shù)法。當(dāng)Bi<0.1時，物體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻遠小于其表面的對流熱阻，此時可以認為物體內(nèi)部溫度均勻一致，可采用集總參數(shù)法來求解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。

10.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。平均溫差法是根據(jù)冷熱流體的進出口溫度計算對數(shù)平均溫差，再結(jié)合傳熱系數(shù)和傳熱面積來計算傳熱量；效能傳熱單元數(shù)法是通過換熱器的效能和傳熱單元數(shù)等參數(shù)來進行熱計算。

三、簡答題（每題10分，共30分）

1.簡述傅里葉定律的內(nèi)容，并寫出其數(shù)學(xué)表達式。

傅里葉定律是導(dǎo)熱現(xiàn)象的基本定律，它指出在導(dǎo)熱過程中，單位時間內(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。

數(shù)學(xué)表達式為：對于一維導(dǎo)熱問題，q=?λ，其中q為熱流密度（單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量），單位是W/；λ為導(dǎo)熱系數(shù)，單位是W/(m·K)；是沿x方向的溫度變化率，即溫度梯度。負號表示熱量傳遞的方向與溫度升高的方向相反。

對于三維導(dǎo)熱問題，傅里葉定律的向量形式為q→=?λ?t，其中q→是熱流密度向量，?t是溫度梯度向量。

從物理意義上看，傅里葉定律描述了導(dǎo)熱過程中熱量傳遞的速率與溫度梯度的關(guān)系。溫度梯度越大，熱流密度越大，即熱量傳遞得越快。導(dǎo)熱系數(shù)λ反映了材料的導(dǎo)熱能力，不同材料的λ值不同，一般來說，金屬的λ較大，而氣體的λ較小。

2.簡述影響對流換熱系數(shù)的主要因素。

影響對流換熱系數(shù)的主要因素有以下幾個方面：

流體的物性：流體的導(dǎo)熱系數(shù)λ、比熱容、密度ρ、粘度μ等物性對對流換熱系數(shù)有重要影響。導(dǎo)熱系數(shù)越大，流體內(nèi)部和流體與壁面之間的熱量傳導(dǎo)越容易，對流換熱系數(shù)可能越大；比熱容越大，流體攜帶熱量的能力越強，有利于換熱；密度和粘度則會影響流體的流動狀態(tài)，進而影響對流換熱。例如，水的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容比空氣大，所以水的對流換熱系數(shù)通常比空氣大。

流體的流動狀態(tài)：流體的流動狀態(tài)分為層流和湍流。層流時，流體各層之間互不摻混，熱量傳遞主要依靠導(dǎo)熱；而湍流時，流體內(nèi)部存在強烈的渦旋和混合，熱量傳遞除了導(dǎo)熱外，還有流體微團的劇烈混合，因此湍流時的對流換熱系數(shù)比層流時大得多。例如，管內(nèi)流動中，當(dāng)雷諾數(shù)增大，流動從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r，對流換熱系數(shù)會顯著增大。

流體的流動起因：對流換熱可分為自然對流和強制對流。自然對流是由于流體內(nèi)部的溫度差引起的密度差而產(chǎn)生的流動，其流速相對較低，對流換熱系數(shù)較??；強制對流是通過外力（如泵、風(fēng)機等）迫使流體流動，流速較高，對流換熱系數(shù)通常比自然對流大。例如，在空調(diào)房間中，空氣自然對流時與空調(diào)壁面的換熱系數(shù)較小，而使用風(fēng)扇強制空氣流動時，換熱系數(shù)會明顯增大。

換熱表面的幾何形狀、大小和相對位置：不同的幾何形狀（如平板、圓管、管束等）會影響流體的流動情況和邊界層的發(fā)展，從而影響對流換熱系數(shù)。例如，圓管外的對流換熱與平板的對流換熱情況不同。換熱表面的大小也會對對流換熱系數(shù)產(chǎn)生影響，一般來說，表面尺寸較大時，邊界層發(fā)展更充分，對流換熱系數(shù)可能會有所變化。此外，換熱表面的相對位置（如水平放置、垂直放置等）也會影響自然對流的流動形態(tài)和對流換熱系數(shù)。

相變情況：當(dāng)流體發(fā)生相變時，如液體沸騰或蒸汽凝結(jié)，會有大量的潛熱釋放或吸收，此時的對流換熱系數(shù)比無相變時大得多。例如，水在沸騰時的對流換熱系數(shù)比單相水的對流換熱系數(shù)大很多。

3.簡述輻射換熱的特點。

輻射換熱具有以下特點：

不需要介質(zhì)：輻射換熱是通過電磁波來傳遞熱量的，它不需要任何中間介質(zhì)，可以在真空中進行。例如，太陽向地球傳遞熱量就是通過輻射換熱的方式，太陽與地球之間的真空環(huán)境并不影響熱量的傳遞。

具有方向性：熱輻射是沿直線傳播的，物體發(fā)射的輻射能只沿一定的方向傳遞。例如，一個熱的物體向各個方向發(fā)射輻射能，但在不同方向上的輻射強度是不同的，一般遵循蘭貝特定律。

具有吸收、反射和透射現(xiàn)象：當(dāng)熱輻射投射到物體表面時，會發(fā)生吸收、反射和透射現(xiàn)象。物體對輻射能的吸收、反射和透射能力與物體的性質(zhì)、表面狀況以及輻射的波長等因素有關(guān)。例如，黑色物體對可見光的吸收率較高，而白色物體對可見光的反射率較高。

輻射換熱過程伴隨能量形式的轉(zhuǎn)換：輻射換熱過程中，物體先將熱能轉(zhuǎn)化為輻射能發(fā)射出去，當(dāng)輻射能投射到另一物體表