傳熱學(xué)期末考試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）

1.下列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.以上都需要

答案：C

解析：熱傳導(dǎo)是依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞方式，需要介質(zhì)；熱對(duì)流是指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，冷熱流體相互摻混所導(dǎo)致的熱量傳遞過(guò)程，也需要介質(zhì)；而熱輻射是物體通過(guò)電磁波來(lái)傳遞能量的方式，不需要介質(zhì)，可以在真空中進(jìn)行。

2.導(dǎo)熱系數(shù)的單位是（）

A.W/(m·K)

B.W/(m2·K)

C.J/(kg·K)

D.m2/s

答案：A

解析：導(dǎo)熱系數(shù)表示單位溫度梯度下的熱流密度，根據(jù)傅里葉定律q=?λ，變形可得λ=?，熱流密度q的單位是W/m2，溫度梯度的單位是K/m，所以導(dǎo)熱系數(shù)λ的單位是W/(m·K)。選項(xiàng)B是表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的單位；選項(xiàng)C是比熱容的單位；選項(xiàng)D是熱擴(kuò)散率的單位。

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

答案：C

解析：一般來(lái)說(shuō)，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)對(duì)熱傳導(dǎo)起主要作用。銅是金屬，其導(dǎo)熱系數(shù)在常見材料中相對(duì)較大。空氣是氣體，導(dǎo)熱系數(shù)很??；水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大，但遠(yuǎn)小于金屬；玻璃是固體非金屬材料，導(dǎo)熱系數(shù)也比銅小。銅的導(dǎo)熱系數(shù)約為幾百W/(m·K)，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.020.03W/(m·K)，水在常溫下導(dǎo)熱系數(shù)約為0.6W/(m·K)，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.71.0W/(m·K)。

4.對(duì)于穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源的一維導(dǎo)熱問(wèn)題，溫度分布為（）

A.線性分布

B.二次曲線分布

C.指數(shù)分布

D.對(duì)數(shù)分布

答案：A

解析：對(duì)于穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源的一維導(dǎo)熱問(wèn)題，根據(jù)傅里葉定律和能量守恒，導(dǎo)熱微分方程為=0，對(duì)其進(jìn)行兩次積分可得T=x+，這是一個(gè)線性方程，所以溫度分布為線性分布。

5.努塞爾數(shù)Nu反映了（）

A.慣性力和黏滯力的相對(duì)大小

B.浮升力和黏滯力的相對(duì)大小

C.對(duì)流換熱的強(qiáng)弱

D.導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻的相對(duì)大小

答案：C

解析：努塞爾數(shù)Nu=，其中h是表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，L是特征長(zhǎng)度，λ是流體的導(dǎo)熱系數(shù)。努塞爾數(shù)表示壁面上流體的無(wú)量綱溫度梯度，它反映了對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。選項(xiàng)A中慣性力和黏滯力的相對(duì)大小由雷諾數(shù)Re反映；選項(xiàng)B中浮升力和黏滯力的相對(duì)大小由格拉曉夫數(shù)Gr反映；選項(xiàng)D中導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻的相對(duì)大小由畢渥數(shù)Bi反映。

6.流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，判斷流動(dòng)狀態(tài)是層流還是湍流的依據(jù)是（）

A.雷諾數(shù)

B.普朗特?cái)?shù)

C.努塞爾數(shù)

D.格拉曉夫數(shù)

答案：A

解析：雷諾數(shù)Re=，其中ρ是流體密度，u是流體流速，L是特征長(zhǎng)度，μ是流體動(dòng)力黏度。當(dāng)Re<2300時(shí)，流體流動(dòng)狀態(tài)為層流；當(dāng)Re>4000時(shí)，流體流動(dòng)狀態(tài)為湍流；當(dāng)2300<Re<4000時(shí)，流動(dòng)處于過(guò)渡狀態(tài)。普朗特?cái)?shù)Pr=，它反映了流體中動(dòng)量擴(kuò)散和熱擴(kuò)散的相對(duì)大小；努塞爾數(shù)反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱；格拉曉夫數(shù)反映浮升力和黏滯力的相對(duì)大小。

7.黑體的發(fā)射率為（）

A.0

B.0.5

C.1

D.無(wú)窮大

答案：C

解析：發(fā)射率ε是指實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比。黑體是一種理想的輻射體，它能夠吸收所有投射到其表面的輻射能，并且在相同溫度下，其輻射力是所有物體中最大的。所以黑體的發(fā)射率ε=1。

8.兩物體表面間的輻射換熱熱阻主要包括（）

A.表面熱阻和空間熱阻

B.導(dǎo)熱熱阻和對(duì)流熱阻

C.對(duì)流熱阻和輻射熱阻

D.導(dǎo)熱熱阻和輻射熱阻

答案：A

解析：在輻射換熱中，熱阻主要分為表面熱阻和空間熱阻。表面熱阻與物體表面的發(fā)射率等有關(guān)，空間熱阻與物體的幾何形狀、相對(duì)位置等有關(guān)。導(dǎo)熱熱阻是在熱傳導(dǎo)過(guò)程中出現(xiàn)的，對(duì)流熱阻是在對(duì)流換熱過(guò)程中出現(xiàn)的，它們不屬于輻射換熱的熱阻。

9.大容器飽和沸騰時(shí)，隨著壁面過(guò)熱度的增加，沸騰曲線依次經(jīng)歷（）

A.自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰、膜態(tài)沸騰

B.核態(tài)沸騰、自然對(duì)流、過(guò)渡沸騰、膜態(tài)沸騰

C.自然對(duì)流、過(guò)渡沸騰、核態(tài)沸騰、膜態(tài)沸騰

D.核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰、自然對(duì)流、膜態(tài)沸騰

答案：A

解析：大容器飽和沸騰時(shí)，當(dāng)壁面過(guò)熱度較小時(shí)，主要是自然對(duì)流換熱；隨著壁面過(guò)熱度的增加，液體中開始產(chǎn)生氣泡，進(jìn)入核態(tài)沸騰階段，此時(shí)氣泡的產(chǎn)生和脫離使換熱增強(qiáng)；繼續(xù)增加壁面過(guò)熱度，氣泡產(chǎn)生過(guò)于頻繁，會(huì)形成不穩(wěn)定的氣膜，進(jìn)入過(guò)渡沸騰階段，換熱性能有所下降；當(dāng)壁面過(guò)熱度進(jìn)一步增大，形成穩(wěn)定的氣膜，進(jìn)入膜態(tài)沸騰階段，此時(shí)氣膜的存在使換熱熱阻增大，換熱系數(shù)下降。

10.下列哪種情況下，物體的溫度可以看作是均勻的（）

A.畢渥數(shù)Bi<<1

B.畢渥數(shù)Bi>>1

C.傅里葉數(shù)Fo<<1

D.傅里葉數(shù)Fo>>1

答案：A

解析：畢渥數(shù)Bi=，它表示物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與物體表面對(duì)流熱阻的相對(duì)大小。當(dāng)Bi<<1時(shí)，說(shuō)明物體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于表面對(duì)流熱阻，物體內(nèi)部的溫度梯度很小，可以認(rèn)為物體的溫度是均勻的。當(dāng)Bi>>1時(shí)，物體內(nèi)部的溫度梯度較大，溫度分布不均勻。傅里葉數(shù)Fo=，它反映了非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程進(jìn)行的深度，F(xiàn)o<<1表示非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱剛開始，F(xiàn)o>>1表示非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱接近結(jié)束，但它與物體溫度是否均勻沒有直接關(guān)系。

二、填空題（每題3分，共15分）

1.熱量傳遞的三種基本方式是______、______和______。

答案：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射

解析：這是傳熱學(xué)的基本概念，熱傳導(dǎo)是依靠微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)傳遞熱量；熱對(duì)流是流體宏觀運(yùn)動(dòng)引起的熱量傳遞；熱輻射是通過(guò)電磁波傳遞能量。

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；熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反

解析：傅里葉定律描述了熱傳導(dǎo)過(guò)程中熱流密度與溫度梯度的關(guān)系。溫度梯度是溫度升高的方向，而熱量總是從高溫傳向低溫，所以熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反，用負(fù)號(hào)表示這種關(guān)系。

3.對(duì)流換熱的牛頓冷卻公式為______，其中h稱為______。

答案：q=h()；表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

解析：牛頓冷卻公式是描述對(duì)流換熱過(guò)程中熱流密度與壁面溫度和流體溫度差之間關(guān)系的公式。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h反映了對(duì)流換熱的強(qiáng)弱，它與流體的物性、流動(dòng)狀態(tài)、換熱表面的幾何形狀等因素有關(guān)。

4.斯蒂芬玻爾茲曼定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為______