(2025年)《傳熱學(xué)期末復(fù)習(xí)試題庫(kù)》含參考答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而略有下降B.非金屬固體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大C.液體的導(dǎo)熱系數(shù)一般大于氣體D.同種材料中，多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于致密材料2.某平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中，若材料導(dǎo)熱系數(shù)λ隨溫度升高而增大，則平壁內(nèi)的溫度分布曲線為（）。A.直線B.上凸曲線（溫度梯度隨壁厚增加而減?。〤.下凹曲線（溫度梯度隨壁厚增加而增大）D.無(wú)法確定3.對(duì)于強(qiáng)制對(duì)流換熱，努塞爾數(shù)Nu的物理意義是（）。A.流體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流換熱熱阻的比值B.慣性力與粘性力的比值C.浮升力與粘性力的比值D.對(duì)流換熱速率與輻射換熱速率的比值4.大空間自然對(duì)流換熱中，若流體為空氣（Pr≈0.7），則其準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式通常表示為（）。A.Nu=C(Gr·Pr)^nB.Nu=C(Re·Pr)^nC.Nu=C(Re)^nD.Nu=C(Pr)^n5.黑體的輻射力與熱力學(xué)溫度的（）成正比。A.一次方B.二次方C.三次方D.四次方6.兩平行灰體平板間的輻射換熱量計(jì)算中，若其中一板發(fā)射率ε1=0.8，另一板ε2=0.6，則系統(tǒng)發(fā)射率εs為（）。A.(0.8×0.6)/(0.8+0.6-0.8×0.6)B.(0.8+0.6)/2C.0.8×0.6D.1/(1/0.8+1/0.6-1)7.下列強(qiáng)化傳熱的措施中，最有效的是（）。A.增大冷流體流量B.減小熱流體側(cè)的對(duì)流換熱熱阻C.減小壁面的導(dǎo)熱熱阻D.同時(shí)減小兩側(cè)對(duì)流換熱熱阻8.某圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，若內(nèi)半徑r1=0.1m，外半徑r2=0.2m，導(dǎo)熱系數(shù)λ=50W/(m·K)，則單位長(zhǎng)度熱阻為（）。A.(ln2)/(2π×50)B.(0.1)/(2π×50×0.2)C.(0.2-0.1)/(2π×50×0.15)D.(0.2-0.1)/(π×50×0.15)9.流體外掠平板時(shí)，若邊界層內(nèi)流速分布為u=u∞(y/δ)，則邊界層厚度δ隨x的變化關(guān)系為（）（x為沿平板長(zhǎng)度方向坐標(biāo)）。A.δ∝x^(1/2)B.δ∝x^(1/3)C.δ∝x^(2/3)D.δ∝x10.對(duì)于凝結(jié)換熱，下列說(shuō)法正確的是（）。A.珠狀凝結(jié)的換熱系數(shù)小于膜狀凝結(jié)B.水平管外凝結(jié)的平均換熱系數(shù)大于豎管C.蒸汽中含不凝性氣體不會(huì)影響凝結(jié)換熱D.凝結(jié)液膜厚度越厚，換熱系數(shù)越大二、填空題（每空2分，共20分）1.傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為_(kāi)_________，其中負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度方向__________。2.臨界熱絕緣直徑的計(jì)算公式為dcr=__________，其物理意義是當(dāng)保溫層外徑小于dcr時(shí)，增加保溫層厚度會(huì)__________散熱量。3.對(duì)流換熱微分方程為_(kāi)_________，其將壁面處的__________與對(duì)流換熱系數(shù)聯(lián)系起來(lái)。4.斯蒂芬-玻爾茲曼定律的表達(dá)式為_(kāi)_________，其中σ的數(shù)值為_(kāi)_________。5.換熱器的熱計(jì)算方法有__________和__________，適用于設(shè)計(jì)型計(jì)算的是__________。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.比較導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射三種傳熱方式的異同點(diǎn)。2.分析影響對(duì)流換熱系數(shù)的主要因素，并舉例說(shuō)明工程中強(qiáng)化對(duì)流換熱的措施。3.為什么高溫管道外的保溫層通常采用低發(fā)射率材料（如鋁箔）包裹？4.簡(jiǎn)述大空間自然對(duì)流與有限空間自然對(duì)流的區(qū)別，并說(shuō)明各自的準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式特點(diǎn)。5.對(duì)于管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱，當(dāng)流體被加熱時(shí)，壁面附近的粘性底層厚度如何變化？對(duì)換熱系數(shù)有何影響？四、計(jì)算題（共30分）1.（8分）一復(fù)合平壁由三層材料組成，各層厚度分別為δ1=0.05m，δ2=0.1m，δ3=0.03m，導(dǎo)熱系數(shù)分別為λ1=0.8W/(m·K)，λ2=0.15W/(m·K)，λ3=0.04W/(m·K)。平壁左側(cè)溫度t1=300℃，右側(cè)溫度t4=30℃。試求：（1）單位面積熱流量；（2）各層間的接觸溫度t2、t3。2.（8分）空氣以10m/s的流速外掠一塊長(zhǎng)度L=0.5m、溫度tw=80℃的平板，空氣主流溫度t∞=20℃，平均溫度下空氣的物性參數(shù)為：λ=0.028W/(m·K)，ν=16×10^-6m2/s，Pr=0.7。試判斷邊界層流態(tài)（臨界雷諾數(shù)Rec=5×10^5），并計(jì)算平板的平均對(duì)流換熱系數(shù)（湍流時(shí)Nu=0.037Re^0.8Pr^1/3）。3.（7分）兩平行大平板（可視為灰體），溫度分別為T(mén)1=800K，T2=500K，發(fā)射率分別為ε1=0.9，ε2=0.6。試計(jì)算兩板間的輻射換熱量（σ=5.67×10^-8W/(m2·K^4)）。4.（7分）某逆流換熱器中，熱水從90℃冷卻到50℃，冷水從20℃加熱到60℃，熱水流量為0.5kg/s（比熱容cp=4.18kJ/(kg·K)），總傳熱系數(shù)K=1000W/(m2·K)。試求換熱器的傳熱面積（忽略熱損失）。參考答案一、選擇題1.D（多孔材料因內(nèi)部充滿氣體，導(dǎo)熱系數(shù)小于致密材料）2.C（λ隨溫度升高而增大，溫度梯度隨壁厚增加而增大，曲線下凹）3.A（Nu=hL/λ，反映對(duì)流熱阻與導(dǎo)熱熱阻的相對(duì)大?。?.A（自然對(duì)流關(guān)聯(lián)式為Nu=C(Gr·Pr)^n）5.D（E=σT^4）6.A（兩平行灰體平板系統(tǒng)發(fā)射率εs=1/(1/ε1+1/ε2-1)）7.D（總熱阻由各串聯(lián)熱阻組成，減小最大熱阻最有效，若兩側(cè)熱阻相近則同時(shí)減小更有效）8.A（圓筒壁單位長(zhǎng)度熱阻R=ln(r2/r1)/(2πλ)）9.A（層流邊界層厚度δ∝x^(1/2)）10.B（水平管外凝結(jié)液膜更薄，平均換熱系數(shù)更高）二、填空題1.q=-λ(dt/dx)；相反2.2λ/h；增大（當(dāng)d<dcr時(shí)，保溫層增加會(huì)減小對(duì)流熱阻的影響，總熱阻可能減小）3.h=λf(?t/?y)|y=0；流體溫度梯度4.E=σT^4；5.67×10^-8W/(m2·K^4)5.平均溫差法；效能-傳熱單元數(shù)法；平均溫差法三、簡(jiǎn)答題1.相同點(diǎn)：均為熱量傳遞方式，遵循能量守恒。不同點(diǎn)：導(dǎo)熱是分子熱運(yùn)動(dòng)引起的微觀傳遞，無(wú)宏觀位移；對(duì)流需流體宏觀運(yùn)動(dòng)與分子導(dǎo)熱共同作用；輻射通過(guò)電磁波傳遞，無(wú)需介質(zhì)。2.影響因素：流體物性（λ、ν、Pr）、流動(dòng)狀態(tài)（層流/湍流）、流速、換熱面形狀與尺寸。強(qiáng)化措施：增加流速（如增大泵功率）、采用肋片增大換熱面積、選用Pr大的流體（如水代替空氣）。3.高溫管道外的保溫層需同時(shí)抑制導(dǎo)熱與輻射散熱。低發(fā)射率材料（如鋁箔）可降低管道外表面與環(huán)境的輻射換熱量（輻射熱流與ε成正比），同時(shí)保溫層本身導(dǎo)熱系數(shù)低，雙重作用減少熱損失。4.大空間自然對(duì)流：流體流動(dòng)不受限，邊界層可自由發(fā)展；有限空間：流體被限制在狹小空間內(nèi)，流動(dòng)受壁面約束（如夾層）。大空間關(guān)聯(lián)式為Nu=C(Gr·Pr)^n，有限空間需考慮間隙尺寸與特征長(zhǎng)度的比值（如Nu=f(Gr,Pr,H/δ)）。5.流體被加熱時(shí)，壁面附近溫度升高，流體粘性降低，粘性底層厚度減薄。由于底層內(nèi)以導(dǎo)熱為主，厚度減薄會(huì)增大溫度梯度，從而增大對(duì)流換熱系數(shù)。四、計(jì)算題1.（1）總熱阻R=δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3=0.05/0.8+0.1/0.15+0.03/0.04=0.0625+0.6667+0.75=1.4792(m2·K)/W單位面積熱流量q=(t1-t4)/R=(300-30)/1.4792≈182.5W/m2（2）t2=t1-qδ1/λ1=300-182.5×0.05/0.8≈300-11.41≈288.59℃t3=t4+qδ3/λ3=30+182.5×0.03/0.04≈30+136.88≈166.88℃2.雷諾數(shù)Re=uL/ν=10×0.5/(16×10^-6)=3.125×10^5<5×10^5，為層流層流時(shí)Nu=0.664Re^0.5Pr^1/3=0.664×(3.125×10^5)^0.5×0.7^1/3≈0.664×559.02×0.887≈329.4平均對(duì)流換熱系數(shù)h=Nu×λ/L=329.4×0.028/0.5≈18.45W/(m2·K)3.兩平行大平板輻射換熱量q=σ(T1^4-T2^4)/(1/ε1+1/ε2-1)=5.67×10^-8×(800^4-500^4)/(1/0.9+1/0.6-1)計(jì)算分子：800^4=4.096×10^11，500^4=6.25×10^10，差值=3.471×10^11分母：1/0.9≈1.111，1/0.6≈1.667，和為2.778，減1得1.778q=5.67×10^-8×3.471×10^11/1.778≈5.67×3.471×10^3/1.778≈111