2025 年大学建筑环境与能源应用工程（热工学基础）试题及答案

2025年大学建筑环境与能源应用工程（热工学基础）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______一、选择题（总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填入括号内）1.以下哪种传热方式不需要介质？（）A.导热B.对流C.辐射D.都需要介质2.黑体的辐射能力与（）有关。A.温度B.表面积C.发射率D.以上都是3.空气的导热系数随温度升高而（）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小4.当流体处于紊流状态时，其对流换热系数比层流时（）。A.大B.小C.相等D.不确定5.肋片效率与肋片高度的关系是（）。A.高度越高效率越高B.高度越高效率越低C.高度与效率无关D.先增大后减小6.热流计测量热流时基于（）原理。A.导热B.对流C.热电效应D.热辐射7.对于稳态导热，下列说法正确的是（）。A.温度不随时间变化B.热流不随时间变化C.温度和热流都不随时间变化D.以上都不对8.两表面间的辐射换热系数与（）有关。A.表面温度B.表面发射率C.表面距离D.以上都是9.水在大容器内沸腾时，随着压力升高，其临界热流密度（）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小10.换热器中，传热单元数NTU反映了（）。A.换热器的传热能力B.流体的热容量大小C.流体的流动状态D.换热器的结构特性二、多项选择题（总共5题，每题4分，每题有两个或两个以上正确答案，请将正确答案填入括号内，少选、多选、错选均不得分）1.以下属于非稳态导热的是（）。A.室内墙壁冬季的升温过程B.冰箱内物体的冷却过程C.稳态运行的空调房间内空气的导热D.加热炉内钢坯的加热过程2.增强辐射换热的方法有（）。A.提高表面发射率B.增大表面面积C.提高表面温度D.减小表面距离3.对流换热系数的影响因素有（）。A.流体的种类B.流体的流动状态C.壁面的形状和尺寸D.流体与壁面间的温差4.以下关于导热微分方程的说法正确的是（）。A.适用于各向同性材料B.反映了导热过程中温度的变化规律C.与材料的导热系数有关D.与材料的比热有关5.提高换热器传热效率的措施有（）。A.增加传热面积B.提高传热系数C.增大平均温差D.减少热阻三、判断题（总共10题，每题2分，判断下列说法的正误，正确的打“√”，错误的打“×”）1.只要有温差就一定会发生热传导。（）2.辐射换热不需要任何介质，在真空中也能进行。（）3.对流换热只发生在流体与固体壁面之间。（）4.黑体的发射率为1，吸收率也为1。（）5.导热系数是物质的物理性质，只与物质种类有关。（）6.稳态导热时，物体内部各点温度不随时间变化，但可能随位置变化。（）7.肋片的主要作用是增加传热面积，提高传热量。（）8.热流计可以测量热流的大小和方向。（）9.两物体间的辐射换热热流与两物体的温度差成正比。（）10.换热器的效能只与传热单元数有关，与热容量比无关。（）四、简答题（总共3题，每题10分，请简要回答下列问题）1.简述导热、对流和辐射三种传热方式的特点及区别。2.什么是黑体？黑体辐射有哪些基本定律？3.说明强化传热的主要途径及原理。五、计算题（总共2题，每题15分，请详细解答下列问题，要有计算步骤）1.一厚度为50mm的平壁，两侧表面温度分别为150℃和50℃，平壁材料的导热系数为0.5W/(m·K)，求通过平壁的热流密度。2.有一台逆流式换热器，热流体进口温度为180℃，出口温度为120℃，冷流体进口温度为30℃，出口温度为80℃，已知热流体的质量流量为2kg/s，比热容为2kJ/(kg·K)，冷流体的质量流量为3kg/s，比热容为4kJ/(kg·K)，求该换热器的传热系数。答案1.选择题-1.C-2.D-3.A-4.A-5.B-6.C-7.C-8.D-9.A-10.A2.多项选择题-1.ABD-2.ABCD-3.ABCD-4.ABCD-5.ABCD3.判断题-1.×-2.√-3.×-4.√-5.×-6.√-7.√-8.√-9.×-10.×4.简答题-1.导热：依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而传递热量，是固体内部主要传热方式，无宏观位移。对流：流体各部分发生相对位移引起的热量传递，必须有流体流动。辐射：物体通过电磁波传递能量，不需要介质，可在真空中进行。区别在于传热机理、介质需求等不同。-2.黑体是能吸收投入到其面上的所有热辐射的物体。黑体辐射基本定律有普朗克定律，描述黑体辐射能按波长的分布；维恩位移定律，表明黑体辐射峰值波长与温度的关系；斯蒂芬-玻尔兹曼定律，给出黑体辐射力与温度的四次方成正比。-3.强化传热途径：增大传热面积，如加肋片；提高传热系数，包括提高流体流速、改变流动状态、采用导热系数大的材料等；增大平均温差，合理组织流体流动方式。原理是通过减小热阻来增强传热。5.计算题-1.已知：δ=0.05m，t1=150℃，t2=50℃，λ=0.5W/(m·K)。根据傅里叶定律q=λ(t1-t2)/δ=0.5×(150-50)/0.05=1000W/m²。-2.热流体放热量Q=mcph(T1-T2)=2×2×(180-120)=240kW。冷流体吸热量Q=mccpc(t2-t1)=3×4×(80-30)=600kW（此处冷流体吸热量计算有误，应为Q=mccpc(t2-t1)=3×4×(80-30)=600kJ/s=600kW）。对数平均温差Δtm=[(T1-t2)-(T2-t1)]/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]=[(180-80)-(120-30)]/ln[(180-80)/(120-30)]≈67.7℃。传热系数K=Q/(AΔtm)，先求传热面积A，由热平衡Q=mcph(T1-T2)=KΔtmA，可得A=Q/(KΔtm)，又Q=mcph(T1-T2)=2×2×(180-120)=240kW，代入数据得K=Q/(AΔtm)=240/[A×67.7]。热容量比Cmin/Cmax=(2×2)/(3×4)=1/3。传热单元数NTU=KA/Cmin，由效能ε=1-exp(-NTU(1-Cmin/Cmax))，已知ε=(T1-T2)/(T1-t1)=(180-120)/(180-30)=0.4，Cmin/Cmax=1/3，可解得NTU≈0.647。再由NTU=KA/Cmin，Cmin=mcph=2×2=4kW/K，可得K=NTU×Cmin/A=0.647×4/A，结合前面A=Q/(KΔtm)=240/(K×67.7)，联立求解得K≈1.5kW/(m²·K)。（计算过程中存在一些小错误，正确计算如下：热流体放热量\(Q_h=m_hc_{ph}(T_1-T_2)=2\times2\times(180-120)=240kW\)冷流体吸热量\(Q_c=m_cc_{pc}(t_2-t_1)=3\times4\times(80-30)=600kW\)对数平均温差\(\Deltat_m=\frac{(T_1-t_2)-(T_2-t_1)}{\ln\frac{T_1-t_2}{T_2-t_1}}=\frac{(180-80)-(120-30)}{\ln\frac{180-80}{120-\30}}\approx67.7^{\circ}C\)传热系数\(K=\frac{Q}{A\Deltat_m}\)由热平衡\(Q=Q_h=Q_c=240kW\)传热面积\(A=\frac{Q}{K\Deltat_m}\)热容量比\(C_{min}/C_{max}=\frac{2\times2}{3\times4}=\frac{1}{3}\)传热单元数\(NTU=\frac{KA}{C_{min}}\)效能\(\varepsilon=\frac{T_1-T_2}{T_1-t_1}=\frac{180-120}{180-30}=0.4\)根据效能公式\(\varepsilon=1-e^{-NTU(1-C_{min}/C_{max})}\)\(0.4=1-e^{-NTU(1-\frac{1}{3})}\)\(e^{-NTU\times\frac{2}{3}}=0.6\)\(-NTU\times\frac{2}{3}=\ln