传热学期末考试及答案

传热学期末考试及答案一、单项选择题（每题3分，共30分）

1.下列哪种传热方式不需要介质？（）

A.热传导

B.热对流

C.热辐射

D.以上都需要

答案：C。热辐射是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，它可以在真空中传播，不需要介质；而热传导需要物质的直接接触，热对流需要流体的宏观运动，都需要介质。

2.傅里叶定律描述的是（）。

A.热对流的规律

B.热辐射的规律

C.热传导的规律

D.以上都不是

答案：C。傅里叶定律是热传导的基本定律，它指出热流密度与温度梯度成正比，表达式为q=λ，其中q是热流密度，λ是导热系数，是温度梯度。

3.下列材料中，导热系数最大的是（）。

A.空气

B.水

C.铜

D.塑料

答案：C。一般来说，金属的导热系数较大，铜是金属，其导热系数远大于空气、水和塑料。空气是热的不良导体，导热系数很小；水的导热系数相对较小；塑料通常也是热的不良导体。

4.努塞尔数Nu的物理意义是（）。

A.反映对流换热的强弱

B.反映流体的惯性力与粘性力的相对大小

C.反映流体的浮升力与粘性力的相对大小

D.反映流体的热扩散能力与动量扩散能力的相对大小

答案：A。努塞尔数Nu=，其中h是对流换热系数，L是特征长度，λ是流体的导热系数。Nu数越大，表示对流换热越强。雷诺数Re反映流体的惯性力与粘性力的相对大小；格拉晓夫数Gr反映流体的浮升力与粘性力的相对大小；普朗特数Pr反映流体的热扩散能力与动量扩散能力的相对大小。

5.大容器饱和沸腾时，随着加热壁面过热度Δt的增加，沸腾曲线经历的阶段依次为（）。

A.自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾

B.自然对流、过渡沸腾、核态沸腾、膜态沸腾

C.核态沸腾、自然对流、过渡沸腾、膜态沸腾

D.核态沸腾、过渡沸腾、自然对流、膜态沸腾

答案：A。大容器饱和沸腾曲线的变化过程是：当加热壁面过热度Δt较小时，主要是自然对流；随着Δt增大，进入核态沸腾，此时气泡大量产生，换热强烈；继续增大Δt，进入过渡沸腾，此时气泡生成过于剧烈，部分加热面被蒸汽膜覆盖，换热情况不稳定；最后达到膜态沸腾，加热面被稳定的蒸汽膜覆盖，换热系数下降。

6.黑体是指（）的物体。

A.吸收比为1

B.反射比为1

C.透射比为1

D.发射率为0

答案：A。黑体是一种理想化的物体，它能够吸收所有投射到其表面的辐射能，即吸收比α=1。反射比ρ=1的是白体；透射比τ=1的是透明体；黑体的发射率ε=1。

7.角系数表示（）。

A.表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数

B.表面2发出的辐射能中落到表面1上的百分数

C.表面1和表面2之间的辐射换热量

D.以上都不是

答案：A。角系数定义为表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数，它是一个纯几何因子，只与物体的形状、大小和相对位置有关。

8.稳态导热过程中，通过三层平壁的热流量分别为、、，则它们之间的关系为（）。

A.>>

B.<<

C.==

D.无法确定

答案：C。在稳态导热过程中，没有热量的积累，通过各层平壁的热流量是相等的。根据热阻串联的原理，热流量q=，其中ΔT是总温差，是总热阻，各层热流量相同。

9.以下哪种情况的对流换热系数最大？（）

A.空气自然对流

B.空气强制对流

C.水自然对流

D.水强制对流

答案：D。一般来说，液体的对流换热系数比气体大，因为液体的密度和比热容较大。强制对流是由于外力（如泵、风机等）引起的流体流动，其流速比自然对流大，所以强制对流的换热系数比自然对流大。因此，水强制对流的对流换热系数最大。

10.集总参数法的适用条件是（）。

A.Bi<0.1

B.Bi>0.1

C.Fo<0.1

D.Fo>0.1

答案：A。集总参数法是一种简化的非稳态导热分析方法，当毕渥数Bi=<0.1时，物体内部的温度梯度可以忽略不计，可将物体视为温度均匀的整体，采用集总参数法进行分析。傅里叶数Fo主要反映非稳态导热过程的时间特性。

二、填空题（每题3分，共30分）

1.导热系数的单位是______。

答案：W/(m·K)。导热系数λ表示单位温度梯度下的热流密度，根据傅里叶定律q=λ，可得其单位为W/(m·K)。

2.对流换热的基本计算公式是______。

答案：q=hΔt。这就是牛顿冷却公式，其中q是对流换热的热流密度，h是对流换热系数，Δt是流体与壁面的温差。

3.热辐射的电磁波波长范围主要在______之间。

答案：0.1100μm。热辐射的波长范围较广，但主要集中在红外线波段，其波长范围大致在0.1100μm。

4.普朗特数Pr的表达式为______。

答案：Pr=。其中ν是运动粘度，反映流体的动量扩散能力；a是热扩散率，反映流体的热扩散能力。Pr数反映了流体的热扩散能力与动量扩散能力的相对大小。

5.黑体辐射的斯蒂芬玻尔兹曼定律表达式为______。

答案：=σ。其中是黑体的辐射力，σ=5.67×W/(·)是斯蒂芬玻尔兹曼常数，T是黑体的热力学温度。

6.对于无限大平壁的非稳态导热，当Fo>0.2时，常采用______来计算平壁内的温度分布。

答案：诺谟图。当Fo>0.2时，无限大平壁的非稳态导热温度分布可以通过诺谟图（海斯勒图）来快速计算，诺谟图是根据分析解绘制的图表，方便工程应用。

7.两表面间的辐射换热热阻包括______和______。

答案：表面热阻；空间热阻。表面热阻与物体的发射率和表面积有关，反映了物体表面发射和吸收辐射能的能力；空间热阻与角系数和表面积有关，反映了物体之间的几何关系对辐射换热的影响。

8.临界热绝缘直径的计算公式为______。

答案：=。其中λ是保温材料的导热系数，h是保温层外表面的对流换热系数。当管道外径小于临界热绝缘直径时，增加保温层厚度可能会使热损失增加。

9.自然对流换热是由于流体内部的______而引起的。

答案：温度差。自然对流是由于流体内部存在温度差，导致密度不均匀，从而产生浮升力