(2025年)《传热学期末复习试题库》含参考答案

(2025年)《传热学期末复习试题库》含参考答案一、选择题（每题2分，共20分）1.下列关于导热系数的描述中，错误的是（）。A.纯金属的导热系数随温度升高而略有下降B.非金属固体的导热系数随温度升高而增大C.液体的导热系数一般大于气体D.同种材料中，多孔材料的导热系数大于致密材料2.某平壁稳态导热过程中，若材料导热系数λ随温度升高而增大，则平壁内的温度分布曲线为（）。A.直线B.上凸曲线（温度梯度随壁厚增加而减小）C.下凹曲线（温度梯度随壁厚增加而增大）D.无法确定3.对于强制对流换热，努塞尔数Nu的物理意义是（）。A.流体内部导热热阻与对流换热热阻的比值B.惯性力与粘性力的比值C.浮升力与粘性力的比值D.对流换热速率与辐射换热速率的比值4.大空间自然对流换热中，若流体为空气（Pr≈0.7），则其准则数关联式通常表示为（）。A.Nu=C(Gr·Pr)^nB.Nu=C(Re·Pr)^nC.Nu=C(Re)^nD.Nu=C(Pr)^n5.黑体的辐射力与热力学温度的（）成正比。A.一次方B.二次方C.三次方D.四次方6.两平行灰体平板间的辐射换热量计算中，若其中一板发射率ε1=0.8，另一板ε2=0.6，则系统发射率εs为（）。A.(0.8×0.6)/(0.8+0.6-0.8×0.6)B.(0.8+0.6)/2C.0.8×0.6D.1/(1/0.8+1/0.6-1)7.下列强化传热的措施中，最有效的是（）。A.增大冷流体流量B.减小热流体侧的对流换热热阻C.减小壁面的导热热阻D.同时减小两侧对流换热热阻8.某圆筒壁稳态导热时，若内半径r1=0.1m，外半径r2=0.2m，导热系数λ=50W/(m·K)，则单位长度热阻为（）。A.(ln2)/(2π×50)B.(0.1)/(2π×50×0.2)C.(0.2-0.1)/(2π×50×0.15)D.(0.2-0.1)/(π×50×0.15)9.流体外掠平板时，若边界层内流速分布为u=u∞(y/δ)，则边界层厚度δ随x的变化关系为（）（x为沿平板长度方向坐标）。A.δ∝x^(1/2)B.δ∝x^(1/3)C.δ∝x^(2/3)D.δ∝x10.对于凝结换热，下列说法正确的是（）。A.珠状凝结的换热系数小于膜状凝结B.水平管外凝结的平均换热系数大于竖管C.蒸汽中含不凝性气体不会影响凝结换热D.凝结液膜厚度越厚，换热系数越大二、填空题（每空2分，共20分）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__________。2.临界热绝缘直径的计算公式为dcr=__________，其物理意义是当保温层外径小于dcr时，增加保温层厚度会__________散热量。3.对流换热微分方程为__________，其将壁面处的__________与对流换热系数联系起来。4.斯蒂芬-玻尔兹曼定律的表达式为__________，其中σ的数值为__________。5.换热器的热计算方法有__________和__________，适用于设计型计算的是__________。三、简答题（每题6分，共30分）1.比较导热、对流、辐射三种传热方式的异同点。2.分析影响对流换热系数的主要因素，并举例说明工程中强化对流换热的措施。3.为什么高温管道外的保温层通常采用低发射率材料（如铝箔）包裹？4.简述大空间自然对流与有限空间自然对流的区别，并说明各自的准则数关联式特点。5.对于管内强制对流换热，当流体被加热时，壁面附近的粘性底层厚度如何变化？对换热系数有何影响？四、计算题（共30分）1.（8分）一复合平壁由三层材料组成，各层厚度分别为δ1=0.05m，δ2=0.1m，δ3=0.03m，导热系数分别为λ1=0.8W/(m·K)，λ2=0.15W/(m·K)，λ3=0.04W/(m·K)。平壁左侧温度t1=300℃，右侧温度t4=30℃。试求：（1）单位面积热流量；（2）各层间的接触温度t2、t3。2.（8分）空气以10m/s的流速外掠一块长度L=0.5m、温度tw=80℃的平板，空气主流温度t∞=20℃，平均温度下空气的物性参数为：λ=0.028W/(m·K)，ν=16×10^-6m²/s，Pr=0.7。试判断边界层流态（临界雷诺数Rec=5×10^5），并计算平板的平均对流换热系数（湍流时Nu=0.037Re^0.8Pr^1/3）。3.（7分）两平行大平板（可视为灰体），温度分别为T1=800K，T2=500K，发射率分别为ε1=0.9，ε2=0.6。试计算两板间的辐射换热量（σ=5.67×10^-8W/(m²·K^4)）。4.（7分）某逆流换热器中，热水从90℃冷却到50℃，冷水从20℃加热到60℃，热水流量为0.5kg/s（比热容cp=4.18kJ/(kg·K)），总传热系数K=1000W/(m²·K)。试求换热器的传热面积（忽略热损失）。参考答案一、选择题1.D（多孔材料因内部充满气体，导热系数小于致密材料）2.C（λ随温度升高而增大，温度梯度随壁厚增加而增大，曲线下凹）3.A（Nu=hL/λ，反映对流热阻与导热热阻的相对大小）4.A（自然对流关联式为Nu=C(Gr·Pr)^n）5.D（E=σT^4）6.A（两平行灰体平板系统发射率εs=1/(1/ε1+1/ε2-1)）7.D（总热阻由各串联热阻组成，减小最大热阻最有效，若两侧热阻相近则同时减小更有效）8.A（圆筒壁单位长度热阻R=ln(r2/r1)/(2πλ)）9.A（层流边界层厚度δ∝x^(1/2)）10.B（水平管外凝结液膜更薄，平均换热系数更高）二、填空题1.q=-λ(dt/dx)；相反2.2λ/h；增大（当d<dcr时，保温层增加会减小对流热阻的影响，总热阻可能减小）3.h=λf(∂t/∂y)|y=0；流体温度梯度4.E=σT^4；5.67×10^-8W/(m²·K^4)5.平均温差法；效能-传热单元数法；平均温差法三、简答题1.相同点：均为热量传递方式，遵循能量守恒。不同点：导热是分子热运动引起的微观传递，无宏观位移；对流需流体宏观运动与分子导热共同作用；辐射通过电磁波传递，无需介质。2.影响因素：流体物性（λ、ν、Pr）、流动状态（层流/湍流）、流速、换热面形状与尺寸。强化措施：增加流速（如增大泵功率）、采用肋片增大换热面积、选用Pr大的流体（如水代替空气）。3.高温管道外的保温层需同时抑制导热与辐射散热。低发射率材料（如铝箔）可降低管道外表面与环境的辐射换热量（辐射热流与ε成正比），同时保温层本身导热系数低，双重作用减少热损失。4.大空间自然对流：流体流动不受限，边界层可自由发展；有限空间：流体被限制在狭小空间内，流动受壁面约束（如夹层）。大空间关联式为Nu=C(Gr·Pr)^n，有限空间需考虑间隙尺寸与特征长度的比值（如Nu=f(Gr,Pr,H/δ)）。5.流体被加热时，壁面附近温度升高，流体粘性降低，粘性底层厚度减薄。由于底层内以导热为主，厚度减薄会增大温度梯度，从而增大对流换热系数。四、计算题1.（1）总热阻R=δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3=0.05/0.8+0.1/0.15+0.03/0.04=0.0625+0.6667+0.75=1.4792(m²·K)/W单位面积热流量q=(t1-t4)/R=(300-30)/1.4792≈182.5W/m²（2）t2=t1-qδ1/λ1=300-182.5×0.05/0.8≈300-11.41≈288.59℃t3=t4+qδ3/λ3=30+182.5×0.03/0.04≈30+136.88≈166.88℃2.雷诺数Re=uL/ν=10×0.5/(16×10^-6)=3.125×10^5<5×10^5，为层流层流时Nu=0.664Re^0.5Pr^1/3=0.664×(3.125×10^5)^0.5×0.7^1/3≈0.664×559.02×0.887≈329.4平均对流换热系数h=Nu×λ/L=329.4×0.028/0.5≈18.45W/(m²·K)3.两平行大平板辐射换热量q=σ(T1^4-T2^4)/(1/ε1+1/ε2-1)=5.67×10^-8×(800^4-500^4)/(1/0.9+1/0.6-1)计算分子：800^4=4.096×10^11，500^4=6.25×10^10，差值=3.471×10^11分母：1/0.9≈1.111，1/0.6≈1.667，和为2.778，减1得1.778q=5.67×10^-8×3.471×10^11/1.778≈5.67×3.471×10^3/1.778≈111