传热学试题库含参考答案

传热学试题库含参考答案一、单项选择题

1.热量传递的三种基本方式是（）

A.热对流、导热、热辐射

B.复合传热、热辐射、导热

C.对流传热、导热、传热过程

D.复合传热、热辐射、对流传热

答案：A

解析：热量传递的三种基本方式为热对流、导热和热辐射。复合传热是多种传热方式的综合，传热过程是热量从高温物体传递到低温物体的整个过程，它们都不是基本传热方式。

2.温度梯度的方向与热流的方向（）

A.相同

B.相反

C.垂直

D.无关

答案：B

解析：根据傅里叶定律，热流方向与温度梯度方向相反，热流总是从高温指向低温，而温度梯度是沿温度升高的方向。

3.下列材料中，导热系数最大的是（）

A.空气

B.水

C.铜

D.保温材料

答案：C

解析：一般来说，金属的导热系数较大，铜是金属，其导热系数比空气、水和保温材料都大。空气的导热系数很小，保温材料的设计目的就是降低导热，其导热系数也较小。

4.流体在管内流动时，当（）时，流动为湍流。

A.Re<2300

B.2300<Re<10000

C.Re>10000

D.Re>4000

答案：D

解析：对于管内流动，当雷诺数Re>4000时，流动为湍流；当Re<2300时，流动为层流；2300<Re<4000为过渡区。

5.大空间自然对流换热，当加热面为竖壁时，（）表示自然对流换热的强弱。

A.Nu

B.Re

C.Pr

D.Gr

答案：A

解析：努塞尔数Nu表示对流换热的强弱，雷诺数Re反映流体流动状态，普朗特数Pr表示流体物性对对流换热的影响，格拉晓夫数Gr体现自然对流中浮升力与粘性力的相对大小。

6.物体的发射率是指物体的（）与同温度下黑体的（）之比。

A.辐射力，辐射力

B.吸收率，吸收率

C.反射率，反射率

D.透射率，透射率

答案：A

解析：发射率定义为物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比。吸收率、反射率和透射率分别是物体吸收、反射和透过辐射能的能力，与发射率概念不同。

7.两物体表面进行辐射换热，两物体的黑度均为0.8，当两物体温度分别为500K和300K时，它们之间的辐射换热量为（）（斯蒂芬玻尔兹曼常数=5.67×W/(·)）

A.5.67××()

B.0.8×5.67××()

C.×5.67××()

D.2×0.8×5.67××()

答案：B

解析：两灰体表面间的辐射换热量公式为q=ε()，其中ε为物体的黑度，和分别为两物体的温度，所以本题辐射换热量为0.8×5.67××()。

8.稳态导热是指（）

A.物体内各点温度不随时间变化

B.物体内各点温度随时间变化

C.物体内各点温度仅随位置变化

D.物体内各点温度既随时间变化又随位置变化

答案：A

解析：稳态导热的定义是物体内各点温度不随时间变化，仅与位置有关。非稳态导热时物体内各点温度随时间和位置都发生变化。

9.对于通过平壁的稳态导热过程，以下说法正确的是（）

A.平壁内的温度分布是线性的

B.平壁内的温度分布是非线性的

C.热流密度沿热流方向逐渐减小

D.热流密度沿热流方向逐渐增大

答案：A

解析：在通过平壁的稳态导热过程中，若平壁材料均匀且导热系数为常数，平壁内的温度分布是线性的。热流密度在稳态导热时沿热流方向保持不变。

10.对流换热系数的单位是（）

A.W/(·K)

B.W/(m·K)

C.J/(kg·K)

D./s

答案：A

解析：对流换热系数h的定义式为q=hΔT，由此可得其单位为W/(·K)。W/(m·K)是导热系数的单位，J/(kg·K)是比热容的单位，/s是热扩散率的单位。

二、多项选择题

1.以下属于增强传热的措施有（）

A.增加换热面积

B.提高流体流速

C.采用导热系数大的材料

D.减小换热面的黑度

答案：ABC

解析：增加换热面积可以增加传热的途径，提高流体流速能增强对流换热，采用导热系数大的材料能加快热量传导，这些都可以增强传热。而减小换热面的黑度会降低物体的辐射能力，不利于辐射换热，从而减弱传热。

2.影响自然对流换热的因素有（）

A.流体的物性

B.换热面的形状和尺寸

C.流体与壁面的温差

D.流体的流动状态

答案：ABCD

解析：流体的物性（如导热系数、比热容、密度等）影响热量传递和流动特性；换热面的形状和尺寸会改变流体的流动模式和换热面积；流体与壁面的温差是自然对流的驱动力；流体的流动状态（层流或湍流）对换热效果有很大影响。

3.下列关于热辐射的说法正确的是（）

A.热辐射不需要介质

B.热辐射是一种电磁波传递能量的方式

C.热辐射仅取决于物体的温度

D.物体的辐射力与温度的四次方成正比

答案：ABD

解析：热辐射是通过电磁波传递能量，不需要介质，可以在真空中传播。物体的辐射力与温度的四次方成正比，但热辐射不仅取决于物体的温度，还与物体的表面性质等有关。

4.以下属于导热微分方程建立依据的有（）

A.傅里叶定律

B.能量守恒定律

C.牛顿冷却公式

D.质量守恒定律

答案：AB

解析：导热微分方程的建立基于傅里叶定律描述热传导的规律和能量守恒定律保证热量的收支平衡。牛顿冷却公式用于描述对流换热，质量守恒定律与导热微分方程的建立无关。

5.在管内强制对流换热中，以下哪些情况会使对流换热系数增大（）

A.管径减小

B.流速增大

C.流体粘度增大

D.流体导热系数增大

答案：ABD

解析：管径减小会使流体的流动边界层变薄，增强对流换热；流速增大能提高流体的扰动程度，使对流换热系数增大；流体导热系数增大有利于热量的传递，也会使对流换热系数增大。而流体粘度增大，会使流体的流动阻力增大，不利于对流换热，对流换热系数会减小。

三、判断题

1.热流方向总是与温度梯度的方向相同。（）

答案：错误

解析：热流方向与温度梯度方向相反，热流从高温流向低温，而温度梯度是沿温度升高的方向。

2.物体的吸收率、反射率和透射率之和恒等于1。（）

答案：正确

解析：根据能量守恒，投射到物体表面的辐射能，一部分被吸收，一部分被反射，一部分被透射，所以物体的吸收率、反射率和透射率之和恒等于1。

3.自然对流换热中，流体的流动是由于流体内部的温度差引起的密度差而产生的浮升力导致的。（）

答案：正确

解析：自然对流的驱动力就是流体内部因温度差产生的密度差，从而形成浮升力，使流体流动。

4.稳态导热时，物体内的温度分布不随时间变化，也不随位置变化。（）

答案：错误

解析：稳态导热时，物体内的温度分布不随时间变化，但随位置变化，不同位置的温度可能不同。

5.对于同一流体，在相同的温度和压力下，普朗特数是一个常数。（）

答案：正确

解析：普朗特数Pr==，对于同一流体，在相同的温度和压力下，其物性参数μ（动力粘度）、（比热容）和λ（导热系数）相对稳定，所以普朗特数是一个常数。

四、简答题

1.简述傅里叶定律的内容和表达式。

答案：傅里叶定律是描述导热现象的基本定律，它指出在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量，正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。其表达式为q→=−λ∇T，在一维情况下可表示为q=−λ，其中q→是热流密度矢量，λ是导热系数，∇T是温度梯度，q是一维热流密度，是沿x方向的温度变化率。

2.说明影响对流换热系数的主要因素。

答案：影响对流换热系数的主要因素有：

流体的物性：包括导热系数、比热容、密度、动力粘度等。导热系数大的流体有利于热量传递，比热容大的流体能携带更多热量，密度和动力粘度影响流体的流动特性。

流体的流动状态：层流时流体分层流动，热量主要以导热方式传递，对流换热系数较小；湍流时流体剧烈混合，热量传递增强，对流换热系数较大。

流体的流动起因：强制对流是由外力（如泵、风机等）驱动，对流换热系数较大；自然对流是由温度差引起的浮升力驱动，对流换热系数相对较小。

换热面的形状、尺寸和位置：不同的形状和尺寸会影响流体的流动模式和边界层的发展，换热面的位置也会对流体的流动产生影响，从而影响对流换热系数。

3.简述基尔霍夫定律的内容及其意义。

答案：基尔霍夫定律指出，在热平衡条件下，任何物体的辐射力与它对同温度黑体辐射的吸收率之比，恒等于同温度下黑体的辐射力，即=。其意义在于：它揭示了物体的辐射力与吸收率之间的内在联系，表明善于辐射的物体也善于吸收。对于实际工程中的热辐射问题，基尔霍夫定律为计算物体间的辐射换热提供了重要的理论基础，使得我们可以通过研究物体的吸收率来了解其辐射特性，在辐射换热的分析和计算中具有重要的应用价值。

4.说明强化传热和削弱传热的主要途径。

答案：

强化传热的主要途径：

增加换热面积：如采用肋片等扩展表面，增大传热的面积。

提高对流换热系数：可以通过提高流体流速、改变流体物性（如选择导热系数大的流体）、改变换热面形状和表面粗糙度等方法来实现。

增大传热温差：例如提高热流体的温度或降低冷流体的温度。

提高辐射换热能力：如增加物体的黑度等。

削弱传热的主要途径：

采用导热系数小的保温材料，减小导热热阻。

减小对流换热系数，如降低流体流速、改变流体流动状态等。

降低辐射换热，如减小物体的黑度、采用遮热板等措施。

5.什么是临界热绝缘直径？其物理意义是什么？

答案：对于圆管外敷设保温层的情况，存在一个临界热绝缘直径，其计算公式为=，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。其物理意义是：当圆管外径小于临界热绝缘直径时，随着保温层厚度的增加，总热阻先减小后增大，即热流量先增大后减小；当圆管外径大于临界热绝缘直径时，随着保温层厚度的增加，总热阻增大，热流量减小。这是因为在管径较小时，增加保温层厚度虽然增大了导热热阻，但同时减小了对流换热热阻，当管径小于临界热绝缘直径时，减小的对流换热热阻起主导作用，导致热流量增大。

五、计算题

1.有一厚度为50mm的平壁，