2025年細(xì)選傳熱學(xué)試題庫(kù)及參考答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.下列關(guān)于傅里葉定律的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.適用于連續(xù)介質(zhì)的導(dǎo)熱過(guò)程B.熱流密度方向與溫度梯度方向相反C.僅適用于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱D.導(dǎo)熱系數(shù)為材料的固有屬性2.某金屬棒兩端維持恒定溫差，若將其長(zhǎng)度增加一倍，其他條件不變，則單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)金屬棒的導(dǎo)熱量（）。A.增加一倍B.減少一半C.不變D.無(wú)法確定3.空氣自然對(duì)流換熱中，影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要無(wú)量綱數(shù)是（）。A.雷諾數(shù)（Re）B.普朗特?cái)?shù)（Pr）C.格拉曉夫數(shù)（Gr）D.努塞爾數(shù)（Nu）4.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5.對(duì)于圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，若保溫層外徑小于臨界熱絕緣直徑，增加保溫層厚度會(huì)導(dǎo)致（）。A.導(dǎo)熱量增大B.導(dǎo)熱量減小C.導(dǎo)熱量不變D.無(wú)法判斷6.下列對(duì)流換熱過(guò)程中，屬于強(qiáng)制對(duì)流的是（）。A.暖氣片附近空氣的流動(dòng)B.風(fēng)力作用下變壓器表面的空氣流動(dòng)C.熱水管道表面的自然對(duì)流D.廚房?jī)?nèi)熱水壺上方的蒸汽上升7.灰體的吸收率與（）無(wú)關(guān)。A.自身溫度B.投入輻射的波長(zhǎng)分布C.表面發(fā)射率D.材料種類(lèi)8.穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，平壁內(nèi)溫度分布為直線，說(shuō)明平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)（）。A.隨溫度升高而增大B.隨溫度升高而減小C.為常數(shù)D.與溫度呈非線性關(guān)系9.大空間自然對(duì)流換熱中，當(dāng)Gr·Pr>10^9時(shí)，流動(dòng)處于（）。A.層流狀態(tài)B.過(guò)渡流狀態(tài)C.湍流狀態(tài)D.無(wú)法確定10.兩平行大平壁間的輻射換熱量與兩壁面的（）無(wú)關(guān)。A.發(fā)射率B.溫度差C.面積D.間距（間距遠(yuǎn)小于壁面尺寸時(shí)）二、填空題（每空2分，共20分）1.導(dǎo)熱微分方程的一般形式為_(kāi)_____，其物理意義是______。2.牛頓冷卻公式的表達(dá)式為_(kāi)_____，其中h的單位是______。3.黑體輻射的斯蒂芬-玻爾茲曼定律表達(dá)式為_(kāi)_____，其中σ的數(shù)值為_(kāi)_____。4.臨界熱絕緣直徑的計(jì)算公式為_(kāi)_____，其物理意義是______。5.對(duì)流換熱的影響因素包括______（至少列出3項(xiàng)）。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.比較導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射三種傳熱方式的異同點(diǎn)。2.平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，若兩側(cè)溫差為ΔT，熱阻為R，試推導(dǎo)熱流量Φ與ΔT、R的關(guān)系，并說(shuō)明熱阻的物理意義。3.為什么保溫材料在潮濕環(huán)境下保溫性能會(huì)顯著下降？（從導(dǎo)熱機(jī)理角度分析）4.大空間自然對(duì)流換熱中，Gr數(shù)的物理意義是什么？Gr·Pr的組合數(shù)有何作用？5.兩灰體表面間的輻射換熱計(jì)算中，系統(tǒng)發(fā)射率ε_(tái)s的表達(dá)式是什么？當(dāng)兩表面為平行大平壁時(shí)，ε_(tái)s如何簡(jiǎn)化？四、計(jì)算題（共60分）1.（15分）一厚度δ=0.3m的平壁，兩側(cè)分別維持溫度t1=300℃和t2=50℃，平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.5+0.001t（t單位為℃，λ單位為W/(m·K)）。試求：（1）平壁內(nèi)的溫度分布方程；（2）通過(guò)平壁的熱流密度q。2.（20分）一蒸汽管道外徑d1=100mm，外覆厚度δ=50mm的保溫層（λ=0.1W/(m·K)）。已知管道外壁溫度t_w1=200℃，保溫層外表面溫度t_w2=50℃，管道長(zhǎng)度L=10m。試求：（1）保溫層的導(dǎo)熱熱阻R；（2）單位長(zhǎng)度管道的熱損失Φ/L；（3）若保溫層厚度增加至δ=80mm，其他條件不變，熱損失如何變化？（需計(jì)算說(shuō)明）3.（25分）一表面溫度t_s=150℃的鋼板（發(fā)射率ε1=0.8）水平放置于大房間內(nèi)，房間墻壁溫度t_w=25℃（視為黑體）。鋼板上表面與空氣發(fā)生自然對(duì)流換熱，空氣溫度t_∞=25℃，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=8W/(m2·K)。鋼板尺寸為0.5m×0.5m，忽略下表面換熱。試求：（1）鋼板上表面的對(duì)流換熱量Φ_c；（2）鋼板與墻壁間的輻射換熱量Φ_r；（3）鋼板的總散熱量Φ_total（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。參考答案一、選擇題1.C（傅里葉定律適用于穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱）2.B（導(dǎo)熱量與長(zhǎng)度成反比）3.C（自然對(duì)流主要受浮升力驅(qū)動(dòng)，由Gr數(shù)表征）4.D（斯蒂芬-玻爾茲曼定律：E_b=σT^4）5.A（外徑小于臨界直徑時(shí)，增加保溫層會(huì)減小對(duì)流熱阻，總熱阻降低）6.B（強(qiáng)制對(duì)流由外部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，如風(fēng)力）7.B（灰體吸收率等于發(fā)射率，與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)）8.C（穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)則溫度分布為直線）9.C（Gr·Pr>10^9對(duì)應(yīng)湍流）10.D（平行大平壁間距遠(yuǎn)小于尺寸時(shí)，間距不影響輻射換熱）二、填空題1.?t/?τ=α(?2t/?x2+?2t/?y2+?2t/?z2)；微元體內(nèi)能變化率等于凈導(dǎo)熱量與內(nèi)熱源產(chǎn)熱率之和（或能量守恒）2.q=h(t_w-t_f)；W/(m2·K)3.E_b=σT^4；5.67×10^-8W/(m2·K^4)4.d_c=2λ/h；保溫層外徑等于d_c時(shí)，總熱阻最?。ɑ虺^(guò)d_c后保溫效果開(kāi)始顯現(xiàn)）5.流體流動(dòng)狀態(tài)、流體物性（如比熱容、粘度）、換熱表面形狀與尺寸、溫差三、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：依靠分子熱運(yùn)動(dòng)傳遞，發(fā)生在固體、靜止流體中；-對(duì)流：流體宏觀運(yùn)動(dòng)與分子熱運(yùn)動(dòng)共同作用，僅發(fā)生在流體中；-輻射：通過(guò)電磁波傳遞，無(wú)需介質(zhì)，可在真空中進(jìn)行。2.平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，熱流量Φ=λAΔT/δ=ΔT/(δ/(λA))=ΔT/R，其中R=δ/(λA)為熱阻。熱阻表示材料對(duì)導(dǎo)熱的阻礙能力，熱阻越大，相同溫差下傳遞的熱量越少。3.保溫材料多為多孔介質(zhì)，孔隙內(nèi)填充空氣（導(dǎo)熱系數(shù)?。?。潮濕時(shí)，水分替代部分空氣，水的導(dǎo)熱系數(shù)（約0.6W/(m·K)）遠(yuǎn)大于空氣（約0.026W/(m·K)），且水結(jié)冰后導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)一步增大（冰約2.2W/(m·K)），導(dǎo)致材料整體導(dǎo)熱系數(shù)升高，保溫性能下降。4.Gr數(shù)（格拉曉夫數(shù)）的物理意義是浮升力與粘性力的相對(duì)大小，反映自然對(duì)流的驅(qū)動(dòng)力。Gr·Pr的組合數(shù)（稱(chēng)為瑞利數(shù)Ra）用于判斷自然對(duì)流的流態(tài)：Ra<10^9時(shí)為層流，Ra>10^9時(shí)為湍流，是選擇對(duì)流換熱關(guān)聯(lián)式的重要依據(jù)。5.系統(tǒng)發(fā)射率ε_(tái)s=1/(1/ε1+1/ε2-1)（兩表面間無(wú)其他物體時(shí)）。對(duì)于平行大平壁（面積A1=A2=A，且間距遠(yuǎn)小于尺寸），ε_(tái)s簡(jiǎn)化為1/(1/ε1+1/ε2-1)（因角系數(shù)X1,2=1）。四、計(jì)算題1.（1）設(shè)平壁內(nèi)溫度分布為t(x)，x=0時(shí)t=t1=300℃，x=δ=0.3m時(shí)t=t2=50℃。由傅里葉定律，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)q=-λdt/dx=常數(shù)。λ=0.5+0.001t，代入得：q=-(0.5+0.001t)dt/dx分離變量積分：∫(x=0到x=δ)qdx=-∫(t=t1到t=t2)(0.5+0.001t)dtqδ=-[0.5(t2-t1)+0.0005(t22-t12)]代入數(shù)值：t1=300℃，t2=50℃，δ=0.3m右側(cè)=-[0.5×(50-300)+0.0005×(502-3002)]=-[0.5×(-250)+0.0005×(-87500)]=-[-125-43.75]=168.75故q=168.75/0.3=562.5W/m2（2）溫度分布方程：由q=-(0.5+0.001t)dt/dx，積分得：qx=-0.5t-0.0005t2+C邊界條件x=0時(shí)t=300℃，代入得C=-0.5×300-0.0005×3002=-150-45=-195故方程為：qx=-0.5t-0.0005t2-195整理得：t2+1000t+(2000qx+390000)=0（具體形式可保留積分結(jié)果）2.（1）保溫層外徑d2=d1+2δ=100+2×50=200mm=0.2m，內(nèi)徑d1=0.1m。圓筒壁導(dǎo)熱熱阻R=ln(d2/d1)/(2πλL)，單位長(zhǎng)度熱阻R_L=ln(d2/d1)/(2πλ)代入數(shù)據(jù)：ln(0.2/0.1)/(2π×0.1)=ln2/(0.2π)≈0.6931/(0.6283)≈1.103m·K/W（2）單位長(zhǎng)度熱損失Φ/L=(t_w1-t_w2)/R_L=(200-50)/1.103≈135.98W/m（3）δ=80mm時(shí)，d2=0.1+2×0.08=0.26mR_L'=ln(0.26/0.1)/(2π×0.1)=ln2.6/(0.2π)≈0.9555/0.6283≈1.521m·K/WΦ'/L=(200-50)/1.521≈98.62W/m<135.98W/m，熱損失減小。3.（1）對(duì)流換熱量Φ_c=hA(t_s-t_∞)=8×(0.5×0.5)×(150-25)=8×0.25×125=250W（2）輻射換熱量Φ_r=ε1Aσ(T_s^4-T_w^4)（T=273+t）T_s=150+273=423K，T_w=25+273=298KΦ_r=0.8×0.25×5.67×10^-8×(423^4-298^4)計(jì)算得：423^4≈(