大学传热学试题及答案

大学传热学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）

1.热流密度q与热流量𝛷的关系为（式中A为传热面积）（）

A.q=𝛷A

B.q=𝛷/A

C.𝛷=q/A

D.q=𝛷+A

答案：B

解析：热流密度是单位时间内通过单位面积的热流量，根据定义可知q=，所以选B。

2.下列哪种物质的导热系数最大（）

A.空气

B.水

C.铜

D.玻璃

答案：C

解析：在常见物质中，金属的导热系数一般较大，铜是金属，空气的导热系数非常小，水的导热系数小于金属，玻璃的导热系数也远小于铜。所以铜的导热系数最大，选C。

3.流体在管内作湍流流动时（Re>），其对流传热系数α与雷诺数Re的n次方成正比，n的值为（）

A.0.5

B.0.6

C.0.8

D.1.0

答案：C

解析：对于流体在管内作湍流流动（Re>）时，根据对流传热的经验关联式，对流传热系数α与雷诺数Re的0.8次方成正比，所以n=0.8，选C。

4.黑体是指（）

A.不辐射热的物体

B.不吸收热的物体

C.吸收率α=1的物体

D.反射率ρ=1的物体

答案：C

解析：黑体的定义是吸收率α=1的物体，即能全部吸收投射到它上面的各种波长的热辐射能，而不是不辐射热，也不是不吸收热或反射率为1的物体。所以选C。

5.蒸汽在水平管束外凝结时，平均凝结传热系数与垂直管束相比（）

A.较大

B.较小

C.相等

D.无法确定

答案：B

解析：蒸汽在水平管束外凝结时，下面的管子会受到上面管子凝结液的影响，液膜增厚，热阻增大，导致平均凝结传热系数比垂直管束小。所以选B。

6.傅里叶定律适用于（）

A.稳态导热

B.非稳态导热

C.稳态导热和非稳态导热

D.热对流

答案：C

解析：傅里叶定律是描述导热现象的基本定律，它既适用于稳态导热，也适用于非稳态导热。热对流现象遵循牛顿冷却定律，而不是傅里叶定律。所以选C。

7.下列哪种情况的热辐射可以看作是灰体辐射（）

A.黑体辐射

B.吸收率与波长无关的物体辐射

C.反射率与波长有关的物体辐射

D.透过率与波长有关的物体辐射

答案：B

解析：灰体是指吸收率与波长无关的物体，其辐射特性可以用较为简单的方法处理。黑体是一种特殊情况，反射率与波长有关、透过率与波长有关都不符合灰体的定义。所以选B。

8.对流传热过程中，努塞尔数Nu的物理意义是（）

A.反映流体中热量传输与分子扩散传输的相对大小

B.反映惯性力与粘性力的相对大小

C.反映对流传热的强弱程度

D.反映浮升力与粘性力的相对大小

答案：C

解析：努塞尔数Nu=，其中α是对流传热系数，它反映了对流传热的强弱程度。普朗特数Pr反映流体中热量传输与分子扩散传输的相对大小；雷诺数Re反映惯性力与粘性力的相对大小；格拉晓夫数Gr反映浮升力与粘性力的相对大小。所以选C。

9.已知某换热器的冷、热流体进出口温度分别为、和、，且<，<，则该换热器可能是（）

A.顺流换热器

B.逆流换热器

C.顺流或逆流换热器

D.都不是

答案：C

解析：顺流和逆流换热器都有可能出现冷、热流体进出口温度满足<，<的情况。顺流时，热流体和冷流体同向流动；逆流时，热流体和冷流体反向流动。所以该换热器可能是顺流或逆流换热器，选C。

10.物体的辐射力E与同温度下黑体的辐射力之比称为（）

A.吸收率

B.反射率

C.发射率

D.透过率

答案：C

解析：物体的发射率ε=，即物体的辐射力E与同温度下黑体的辐射力之比。吸收率α是吸收的辐射能与投射的辐射能之比；反射率ρ是反射的辐射能与投射的辐射能之比；透过率τ是透过的辐射能与投射的辐射能之比。所以选C。

二、填空题（每题2分，共20分）

1.导热系数的单位是__________。

答案：W/(m·K)

解析：根据傅里叶定律q=−λ，经过单位推导可得导热系数λ的单位是W/(m·K)。

2.流体的物性参数__________、__________和__________对对流传热有重要影响。

答案：导热系数λ、比热容、粘度μ

解析：导热系数λ影响热量在流体中的传导能力；比热容决定了流体吸收或放出热量时温度的变化程度；粘度μ影响流体的流动状态，从而影响对流传热。

3.大容器饱和沸腾曲线可分为__________、__________、__________和__________四个区域。

答案：自然对流区、核态沸腾区、过渡沸腾区、稳定膜态沸腾区

解析：这是大容器饱和沸腾的典型特征区域划分，不同区域的沸腾机理和传热特性不同。

4.热辐射的特点是不需要__________，可以在真空中传播，并且伴有__________的转换。

答案：介质、能量形式

解析：热辐射是通过电磁波传递能量，不需要介质，在传播过程中伴随着热能与辐射能的转换。

5.换热器的热计算方法有__________和__________两种。

答案：平均温差法、效能传热单元数法

解析：平均温差法通过计算对数平均温差来进行换热器的热计算；效能传热单元数法利用换热器的效能和传热单元数的关系进行计算。

6.稳态导热是指温度场不随__________变化的导热过程。

答案：时间

解析：稳态导热的定义就是温度场不随时间变化，只与空间位置有关。

7.角系数具有__________、__________和__________三个性质。

答案：相对性、完整性、可加性

解析：角系数的相对性是指=；完整性是指=1；可加性是指若表面2可分为2a和2b两部分，则=+。

8.对于无限大平壁的稳态导热，其内部温度分布为__________。

答案：线性分布

解析：根据无限大平壁稳态导热的温度分布公式T(x)=−x（其中、为平壁两侧温度，δ为平壁厚度），可知温度分布是线性的。

9.两表面间的辐射换热热阻包括__________热阻和__________热阻。

答案：表面、空间

解析：表面热阻与物体的发射率等表面特性有关；空间热阻与两表面的几何形状、相对位置等空间因素有关。

10.流体在管内强制对流换热时，层流与湍流的分界雷诺数R为__________。

答案：2300

解析：这是流体在管内流动状态的一个重要分界值，当Re<2300时为层流，Re>2300时可能为过渡流或湍流。

三、简答题（每题10分，共30分）

1.简述导热、热对流和热辐射三种传热方式的区别。

答：

导热：是指物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。它的特点是必须有温度差，且在固体、液体和气体中都可以发生，但在纯导热过程中物体内各部分之间不发生宏观的相对位移。例如，金属棒一端受热，热量通过分子和自由电子的热运动传递到另一端。

热对流：是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热对流仅能发生在流体中，而且由于流体中的分子同时在进行着不规则的热运动，因而热对流必然伴随着导热现象。根据引起流体流动的原因不同，热对流可分为自然对流和强制对流。自然对流是由于流体中温度不同而引起密度差异，从而产生浮升力导致流体流动；强制对流是通过外界机械力（如泵、风机等）使流体流动。例如，暖气片周围空气的自然对流，以及空调中风机使空气强制对流。

热辐射：是指物体由于热的原因而发出辐射能的现象。热辐射的特点是不需要介质，可以在真空中传播，并且在热辐射过程中伴随着能量形式的转换，即热能转换为辐射能，辐射能被其他物体吸收后又转换为热能。热辐射的能量传递与温度有关，温度越高，辐射能力越强。例如，太阳向地球传递热量就是通过热辐射的方式。

2.什么是临界热流密度？它在工程上有什么意义？

答：

临界热流密度的定义：在大容器饱和沸腾中，核态沸腾向过渡沸腾转变的转折点所对应的热流密度称为临界热流密度，用表示。在核态沸腾阶段，随着热流密度的增加，气泡不断产生和脱离，传热系数和热流密度都不断增大。当热流密度达到临界热流密度时，加热面上的气泡会大量产生并相互连接形成汽膜，开始进入过渡沸腾阶段，此时传热系数开始下降。

工程意义：

防止设备损坏：在一些加热设备（如锅炉、蒸发器等）中，如果热流密度超过临界热流密度，会导致加热面温度急剧升高，可能使加热面材料的强度降低，甚至烧毁加热面，造成设备损坏。因此，在设计和运行这些设备时，必须确保热流密度低于临界热流密度，以保证设备的安全运行。

优化传热设计：临界热流密度是衡量沸腾传热性能的一个重要指标。在设计换热器等设备时，了解临界热流密度可以帮助工程师选择合适的工作参数和结构，以提高传热效率，同时避免出现危险的工况。例如，通过合理设计加热面的形状、材料和表面处理等，可以提高临界热流密度，从而在安全的前提下实现更高的热流传递。

3.简述换热器效能传热单元数法（εNTU法）的基本原理和适用范围。

答：

基本原理：

换热器的效能ε定义为实际传热量𝛷与最大可能传热量之比，即ε=。最大可能传热量是指当冷、热流体中热容流量较小的流体发生最大可能的温度变化时所传递的热量，=(−)，其中是冷、热流体中热容流量较小的值，是热流体的进口温度，是冷流体的进口温度。

传热单元数NTU定义为NTU=，其中K是换热器的总传热系数，A是传热面积。

通过理论推导，可以得到不同类型换热器（如顺流、逆流等）的效能ε与传热单元数NTU以及热容流量比=之间的关系。这些关系通常以图表或公式的形式给出。在已知换热器的类型、NTU和的情况下，可以通过这些关系求出效能ε，进而求出实际传热量𝛷=ε。

适用范围：

已知进出口部分温度和热容量：当已知冷、热流体的进口温度以及热容流量，并且需要求解换热器的传热量、出口温度等参数时，εNTU法比平均温差法更方便。因为在这种情况下，不需要先假设出口温度来计算对数平均温差，而是直接利用已知的参数计算NTU和，然后通过εNTU关系求解。

换热器的设计和选型：在换热器的设计和选型过程中，εNTU法可以快速评估不同类型和尺寸的换热器在给定工况下的性能。通过调整传热单元数和热容流量比等参数，可以比较不同方案的效能，从而选择最合适的换