2025年大学能源与动力工程（传热学）试题及答案

2025年大学能源与动力工程（传热学）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）1.对流传热的热阻主要集中在（）A.湍流主体B.层流底层C.过渡层D.整个流体层答案：B2.下列哪种情况下，导热系数不随温度变化（）A.气体B.液体C.金属D.以上都不对答案：D3.两无限大平板间的辐射传热，若两平板的发射率分别为0.8和0.6，则系统的有效辐射系数为（）A.0.7B.0.72C.0.74D.0.76答案：C4.当流体流过固体表面时，形成的边界层类型为（）A.速度边界层和温度边界层B.速度边界层和浓度边界层C.温度边界层和浓度边界层D.以上都有可能答案：A5.傅里叶定律适用于（）A.稳态导热B.非稳态导热C.导热与对流同时存在的情况D.一切导热过程答案：D6.努塞尔数Nu的表达式为（）A.hL/λB.αL/λC.kL/λD.cL/λ答案：A7.下列哪种材料的导热系数最大（）A.铜B.铝C.铁D.不锈钢答案：A8.热辐射的基本定律不包括（）A.普朗克定律B.斯蒂芬-玻尔兹曼定律C.基尔霍夫定律D.傅里叶定律答案：D9.自然对流换热的准则关联式中，反映流体物性影响的准则是（）A.NuB.GrC.PrD.Re答案：C10.两表面发射率均为ε的平行大平板间的辐射传热系数为（）A.σT^2(1-ε)/εB.σT^2(1-ε)/2εC.σT^2(1-ε)/3εD.σT^2(1-ε)/4ε答案：B第II卷（非选择题共60分）11.（10分）简述导热系数的影响因素。答案：导热系数与材料的种类、温度、湿度、压力等因素有关。一般来说，金属材料的导热系数较大，非金属材料的导热系数较小；温度升高，导热系数增大；湿度增加，导热系数减小；压力对气体的导热系数有影响，对固体和液体影响较小。12.（10分）推导两无限大平板间辐射传热的计算公式。答案：设两平板温度分别为T₁、T₂，发射率分别为ε₁、ε₂。有效辐射J₁=ε₁Eb₁+(1-ε₁)G，J₂=ε₂Eb₂+(1-ε₂)G。由辐射平衡J₁-J₂=σ(T₁⁴-T₂⁴)/[1/ε₁+1/ε₂-1]，其中Eb=σT⁴。两平板间辐射传热量q=J₁-J₂。13.（10分）说明对流换热微分方程组的组成及各项的物理意义。答案：对流换热微分方程组包括连续性方程、动量方程、能量方程。连续性方程反映流体质量守恒；动量方程描述流体动量变化与作用力的关系；能量方程体现流体能量守恒，包括对流、导热及内热源等引起的能量变化。14.（15分）有一空气横掠管束的换热器，管束由10排管子组成，每排有20根管子，管子外径d=20mm，空气来流速度u=5m/s，空气温度t₁=20℃，管壁温度t₀=80℃。已知空气在定性温度下的物性参数：ρ=1.06kg/m³，cₚ=1.005kJ/(kg·K)，λ=0.028W/(m·K)，ν=15.7×10⁻⁶m²/s。试求空气与管束间的对流换热量。答案：首先计算雷诺数Re=ud/ν=5×0.02/15.7×10⁻⁶=63⅔。查管束对流换热准则关联式得Nu=0.27Re⁰.⁶³Pr⁰⁻³⁶。Pr=cₚμ/λ，计算Pr。h=Nuλ/d，计算对流换热系数h。q=hAΔt，A=nπdL，计算换热量q。具体计算略。15.（15分）一太阳能集热器，平板玻璃盖板的发射率ε₁=0.9，请计算其对太阳辐射能的吸收率α₁。已知太阳辐射能的光谱分布近似于T=5800K的黑体辐射，玻璃盖板可视为透明体，其透过率τ=0.9。集热器底板发射率ε₂=0.8，温度T₂=35℃。试计算集热器内表面与盖板间的辐射换热量。答案：根据基尔霍夫定律α₁=ε₁。对于辐射换热计算，有效辐射J₁=ε₁Eb₁+(1-ε₁)G，J₂=ε₂Eb₂+(1-ε₂)G。Eb₁=σT₁⁴（太阳温度T₁