2025年西安建筑科技大学《传热学》复习题库附答案

2025年西安建筑科技大学《传热学》复习题库附答案一、填空题1.傅里叶定律的数学表达式为______，其中负号表示热流方向与温度梯度方向______。（答案：q=-λ(dT/dx)；相反）2.热扩散率α的定义式为______，其物理意义是______。（答案：α=λ/(ρc)；材料中温度扩散能力的量度）3.对流换热的两种基本类型是______和______，其本质区别是______。（答案：自然对流；强制对流；流体流动的动力来源不同）4.黑体辐射的三个基本定律是______、______和______。（答案：普朗克定律；维恩位移定律；斯蒂芬-玻尔兹曼定律）5.接触热阻产生的主要原因是______和______。（答案：接触面微观不平导致的点接触；间隙中流体的导热能力弱）6.大空间自然对流换热中，格拉晓夫数Gr的物理意义是______，其表达式为______。（答案：浮升力与粘性力的相对大小；Gr=gβΔtL³/ν²）7.灰体的辐射特性是______，其发射率ε与吸收率α的关系为______（在热平衡条件下）。（答案：光谱辐射特性不随波长变化；ε=α）8.传热过程的总热阻Rₖ由______、______和______三部分串联组成。（答案：内侧对流热阻；壁面导热热阻；外侧对流热阻）9.换热器的效能ε定义为______，其取值范围是______。（答案：实际换热量与最大可能换热量的比值；0<ε<1）10.强化传热的基本途径是______、______和______。（答案：增大换热面积；提高传热系数；增大平均温差）二、选择题1.下列材料中，导热系数最大的是（）。A.纯铜（λ≈401W/(m·K)）B.普通混凝土（λ≈1.5W/(m·K)）C.静止空气（λ≈0.026W/(m·K)）D.水（λ≈0.6W/(m·K)）（答案：A）2.对流换热系数h的大小主要取决于（）。A.流体的导热系数B.流体的流动状态、物性及换热表面几何特征C.固体壁面的温度D.环境温度（答案：B）3.对于无限大平壁的稳态导热，若平壁两侧温差增大一倍，其他条件不变，则热流密度（）。A.增大一倍B.增大两倍C.不变D.减小一半（答案：A）4.黑体的发射率ε（）。A.大于1B.等于1C.小于1D.随温度变化（答案：B）5.两平行灰体平板间的辐射换热量与下列哪项无关？（）A.两板的发射率B.两板的温度C.两板的间距（远小于板的尺寸时）D.周围环境温度（答案：D）6.圆筒壁稳态导热时，热流密度沿径向（）。A.逐渐增大B.逐渐减小C.保持不变D.先增大后减小（答案：B）7.自然对流换热中，当流体被加热时，流动边界层内的速度分布呈现（）。A.近壁处速度为零，中心处速度最大B.近壁处速度最大，中心处速度为零C.速度均匀分布D.无规律（答案：A）8.下列哪项不是强化对流换热的方法？（）A.增加流体流速B.采用粗糙表面C.减小换热面积D.使用导热系数大的流体（答案：C）9.对于逆流换热器和顺流换热器，在相同进出口温度下，（）的平均温差更大。A.逆流B.顺流C.两者相等D.无法比较（答案：A）10.当管道外敷设保温层时，若保温层外径小于临界热绝缘直径，则（）。A.散热量增加B.散热量减少C.散热量不变D.无法判断（答案：A）三、简答题1.简述导热问题的三类边界条件，并各举一例。答：第一类边界条件（已知壁面温度）：如锅炉水冷壁与高温烟气接触侧，壁温已知；第二类边界条件（已知壁面热流密度）：如电加热板表面，输入热流密度已知；第三类边界条件（已知壁面与流体的对流换热系数及流体温度）：如房屋外墙与室外空气的换热，已知空气温度和对流换热系数。2.为什么工程中常用灰体近似代替实际物体的辐射特性？答：实际物体的光谱辐射力随波长变化复杂，直接计算困难；灰体假设其光谱发射率（吸收率）不随波长变化，可简化为ε=α（热平衡下），且发射率仅与温度和表面性质有关，便于工程计算；多数工程材料在红外波段（热辐射主要区间）的光谱特性接近灰体，近似误差可接受。3.比较大空间自然对流与受限空间自然对流的异同。答：相同点：流体流动动力均为浮升力，换热机理均为流体宏观运动与导热的结合。不同点：大空间中流体流动不受空间限制（如房间内空气与墙壁的换热），边界层可自由发展；受限空间中流体流动受壁面限制（如双层玻璃间的空气层），可能形成循环流动，换热受空间尺寸影响显著（如出现导热、自然对流或湍流等不同模式）。4.说明遮热板减少辐射换热的原理，并举例工程应用。答：原理：在两个辐射换热表面间插入高反射率（低发射率）的薄板（遮热板），增加辐射换热的热阻（每插入一块遮热板，辐射热阻增加一倍），从而降低换热量。例如：航天器表面的多层隔热材料（多层金属箔）、高温管道外的反射屏、建筑遮阳板（减少太阳辐射进入室内）。5.分析“换热器效能ε越大，换热量一定越大”是否正确，为什么？答：不正确。ε=Q/Qmax，Qmax=min(MCp)(T₁'-T₂'')（逆流时）。ε越大仅说明实际换热量接近最大可能值，但Q的大小还取决于min(MCp)和进出口温差。例如，若min(MCp)很小，即使ε=0.9，Q也可能小于另一台ε=0.7但min(MCp)很大的换热器的换热量。四、计算题1.一单层平壁厚度δ=0.3m，导热系数λ=1.2W/(m·K)，左侧温度t₁=300℃，右侧温度t₂=50℃，求：（1）平壁的热流密度q；（2）若平壁面积A=5m²，求总传热量Φ。解：（1）根据傅里叶定律，稳态导热时q=λ(t₁-t₂)/δ=1.2×(300-50)/0.3=1000W/m²；（2）Φ=q×A=1000×5=5000W。2.外径d₁=50mm的钢管，外覆两层保温材料：内层厚度δ₁=30mm，λ₁=0.1W/(m·K)；外层厚度δ₂=40mm，λ₂=0.05W/(m·K)。钢管外表面温度t_w1=200℃，外层保温外表面温度t_w3=50℃，求单位管长的热损失q_L。解：各层外径：d₁=0.05m，d₂=d₁+2δ₁=0.05+0.06=0.11m，d₃=d₂+2δ₂=0.11+0.08=0.19m。单位管长热阻：R₁=ln(d₂/d₁)/(2πλ₁)=ln(0.11/0.05)/(2π×0.1)=(0.7885)/(0.628)=1.256(m·K)/W；R₂=ln(d₃/d₂)/(2πλ₂)=ln(0.19/0.11)/(2π×0.05)=(0.5621)/(0.314)=1.790(m·K)/W。总热阻R=R₁+R₂=3.046(m·K)/W。q_L=(t_w1-t_w3)/R=(200-50)/3.046≈49.25W/m。3.温度t_w=80℃的水平管道，外径d=0.1m，置于t_∞=20℃的空气中，自然对流换热系数h=8W/(m²·K)，求单位管长的对流散热量q_L。解：单位管长表面积A_L=πd=π×0.1≈0.314m²/m。根据牛顿冷却公式，q_L=h×A_L×(t_w-t_∞)=8×0.314×(80-20)=8×0.314×60≈150.72W/m。4.两平行灰体大平板，温度分别为T₁=800K、T₂=500K，发射率ε₁=0.8、ε₂=0.6，求单位面积的辐射换热量q_r（Stefan-Boltzmann常数σ=5.67×10⁻⁸W/(m²·K⁴)）。解：大平板间辐射换热公式：q_r=σ(T₁⁴-T₂⁴)/(1/ε₁+1/ε₂-1)=5.67×10⁻⁸×(800⁴-500⁴)/(1/0.8+1/0.6-1)。计算分子：800⁴=4096×10⁸，500⁴=625×10⁸，差值=3471×10⁸；分母=1.25+1.6667-1=1.9167。q_r=5.67×10⁻⁸×3471×10⁸/1.9167≈5.67×3471/1.9167≈5.67×1810≈10260W/m²。5.某房屋外墙为双层结构：内层为红砖（δ₁=0.24m，λ₁=0.8W/(m·K)），外层为保温砂浆（δ₂=0.05m，λ₂=0.1W/(m·K)）。室内空气温度t_f1=20℃，对流换热系数h₁=8W/(m²·K)；室外空气温度t_f2=-5℃，对流换热系数h₂=20W/(m²·K)。求：（1）传热系数K；（2）