传热学复习题及其答案（Ⅰ部分）
一、 概念题
1、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。 答：有以下换热环节及传热方式：
（1） 由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热； （2） 由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热；
（3） 由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。
2、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式？ 答：有以下换热环节及传热方式：
（1） 室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热； （2） 墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热；
（3） 墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。 3、何谓非稳态导热的正规阶段？写出其主要特点。
答：物体在加热或冷却过程中，物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律，物体初始温度分布的影响逐渐消失，这个阶段称为非稳态导热的正规阶段。
4、分别写出N u 、R e 、P r 、B i 数的表达式，并说明其物理意义。 答：（1）努塞尔(Nusselt)数，λ
l
h Nu
=
，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。（2）雷诺(Reynolds)数，
ν
l
u ∞=
Re ，它表示惯性力和粘性力的相对大小。
（3）普朗特数，a
ν
=Pr ，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。 （4）毕渥数，λ
l
h B i
=
，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。
5、竖壁倾斜后其凝结换热表面传热系数是增加还是减小？为什么？。
答：竖壁倾斜后，使液膜顺壁面流动的力不再是重力而是重力的一部分，液膜流
动变慢，从而热阻增加，表面传热系数减小。另外，从表面传热系数公式知，公式中的g 亦要换成θsin g ，
从而h 减小。
6、按照导热机理，水的气、液、固三种状态中那种状态的导热系数最大？
答：根据导热机理可知，固体导热系数大于液体导热系数；液体导热系数大于气体导热系数。所以水的气、液、固三种状态的导热系数依次增大。
7、热扩散系数是表征什么的物理量？它与导热系数的区别是什么？
答：热扩散率
c
a ρλ
=
，与导热系数一样都是物性参数，它是表征物体传递温度的能力大小，亦称为导温系数，热扩散率取决于导热系数λ 和c ρ 的综合影响；而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性
参数。一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决于物体的导温系数。
8、集总参数法的适用条件是什么？满足集总参数法的物体，其内部温度分布有何特点？
答：集总参数法的适用条件是B i <0.1，其特点是当物体内部导热热阻远小于外部对流换热热阻时，物体内部在同一时刻均处于同一温度，物体内部的温度仅是时间的函数，而与位置无关。 9、灰体的含义？
答：灰体是指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化的物体；或单色吸收比与波长无关的物体，即单色吸收比为常数的物体。 10、漫射表面？
答：通常把服从兰贝特定律的表面称为漫射表面，即该表面的定向辐射强度与方向无关。或物体发射的辐射强度与方向无关的性质叫漫辐射，具有这样性质的表面称为漫射表面。
11、气体的热边界层与流动边界层的相对大小？ 答：由于3
/1/r
t P =δδ
，对于气体来说7.0≈r
P ，所以气体的热边界层的厚度大于流动边界层的厚度。
12、沸腾换热的临界热流密度的含义是什么？
1/4
23l l x l s w gr h 4(t t )x ρλη??=??
-??
答：在泡态沸腾阶段时，液体温度与壁面温度之差t ?若进一步增大，汽泡在表面上生成、长大，随后引因浮力作用而离开表面。沸腾的液体主体温度这时有一定的过热度，故汽泡通过液体层时还会继续被加热、膨胀，直到逸出液面，由于气泡的大量迅速生成和它的剧烈运动，换热强度剧增，热流密度随t ?的提高而急剧增大，直到达到热流密度的峰值，此时的热流密度称为临界热流密度。当t ?进一步增大时，热流密度又开始下降。
13、影响强制对流换热的表面换热系数的因素有哪些？
答：影响强制对流换热的表面换热系数的因素有流态、流体的物性、换热表面的几何因素等，用函数表示为),,,,,,,,(l c t t u f h
p f w μαρλ=。
14、；利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜冰箱耗电量大？为什么？
答：在其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱的蒸发器和冰箱的冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加的热阻，因此，冷冻室（或冷藏室）要达到相同的温度，必须要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱的耗电量要大。
15、分别写出B i 、N u 、F o 、P r 数的表达式，并说明B i 物理意义。 答：（1）毕渥数，λ
l
h B i =，它表示导热体内部导热热阻与外部对流换热热阻的相对大小。
（2）努塞尔数，λ
l
h Nu
=
，它表示壁面附近流体无量纲温度梯度的大小，反映对流换热过程的强度。
（3）傅立叶数，2δτ
a F o =，它表示非稳态导热过程的无量纲时间。
（4）普朗特数，a
ν
=Pr ，它表示动量扩散和能量扩散的相对大小，是反映流动边界层厚度和热边界层厚
度的相对大小。
16、圆管临界热绝缘直径与哪些因素有关？ 答：圆管临界热绝缘直径2
2h d ins c
λ=
，根据公式加以分析（略）。
17、为什么珠状凝结表面换热系数比膜状凝结表面换热系数大？
答：膜状凝结换热时沿整个壁面形成一层液膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。
珠状凝结换热时，凝结液体不能很好的浸润壁面，仅在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部
分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结换热。
18、不凝结气体对表面凝结换热强弱有何影响？
答：不凝结气体的存在，一方面使凝结表面附近蒸汽的分压力降低，从而蒸汽饱和温度降低，使得传热驱动力即温差)(w s
t t -减小；另一方面，凝结蒸汽穿过不凝结气体层到达壁面依靠的是扩散，从而增加了
阻力。因此，上述两方面原因导致凝结换热时的表面传热系数降低。
19、空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，换热强度降低，为什么？
答：空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，气流扰动越强，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，凝结液膜越厚，凝结换热热阻越大，换热强度降低。
20、写出时间常数的表达式，时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？ 答：时间常数的表达式为hA
cV
c
ρτ=
，是从非稳态导热问题中定义出来的，它不仅取决于几何A V /参数
和物性参数c ρ，还取决于换热条件h 。
21、什么是物体表面的发射率？它与哪些因素有关？
答：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比称为该物体的发射率，物体的发射率只取决于物体的表面特性（物体的种类、表面状况和温度），而与外界条件无关。 22、什么是物体表面的吸收比（率）？它与哪些因素有关？ 答：物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比（率），物体的吸收比（率）只取决于物体的表面特性（物体的种类、表面状况和温度），对于全波长的特性还与投射能量的波长分布有关关。 23、何谓遮热板（罩）？
答：插入两个辐射换热表面之间的用于削弱两个表面之间辐射换热的薄板或罩。 24、黑体辐射包括哪几个定律？
答：普朗克定律、维恩位移定律、斯蒂芬－玻尔兹曼定律、兰贝特定律。
25、其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面换热系数大？为什么？
答：同一根管子横向冲刷比纵向冲刷相比的表面换热系数大。因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，热阻较大；而横向冲刷时热边界层较薄且在边界层由于分离而产生的旋涡，增加了流体扰动，因而换热增强。
26、下列三种关联式描述的是那种对流换热？
)
,,(r r e u G P R f N =，
)
,(r e u P R f N =，
),(r r u G P f N =
答：),,(r r e u G P R f N =描述的是无相变的强迫对流换热，且自然对流不可忽略；
),(r e u P R f N =描述的是自然对流可忽略的无相变的强迫对流换热；),(r r u G P f N =描述的是自然
对流换热。
27、写出辐射换热中两表面间的平均角系数的表达式，并说明其物理意义。 答：平均角系数X 1,2=
2112
22
11cos cos 1dA dA r A A A ??πθθ ，它表示A 1表面发射出的辐射能中直接落到另一表面A 2上的百分数。或者它表示离开A 1表面的辐射能中直接落到另一表面A 2上的百分数。
28、表面辐射热阻
答：当物体表面不是黑体时，该表面不能全部吸收外来投射的辐射能量，这相当于表面存在热阻，该热阻称为表面辐射热阻，常以
ε
εA -1来表示。
29、有效辐射
答：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射J ，它包括辐射表面的自身的辐射E 和该表面对投射辐射G 的反射辐射G ρ，即G E J
ρ+=。
30、换热器的污垢热阻
答：换热设备运行一段时间以后，在管壁产生污垢层，由于污垢的导热系数较小，热阻不可以忽略，这种由于污垢生成的产生的热阻称为污垢热阻。
31、在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？
答：采用空心砖较好，因为空心砖内部充满着空气，而空气的导热系数相对较小，热阻较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖的房间的散热量小保温性好。 32、下列材料中导热系数最大的是 （ 纯铜 ）
(a) 纯铜 (b)纯铁 (c)黄铜 (d)天然金刚石
33、什么是雷诺类比律（写出表达式）？它的应用条件是什么？ 答：雷诺类比率：2/f C St
=，条件：Pr=1，
34、下列工质的普朗特数最小的是 （液态金属）
(a)水 (b) 空气 (c)液态金属 (d)变压器油
35、为什么多层平壁中的温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折线？
36、对管壳式换热器来说，两种工质在下列哪种情况下，何种工质走管内，何种工质走管外？ (1) 清洁的和不清洁的工质(2)腐蚀性大与小的工质(3)高温与低温的工质 答：（1）不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可以拆开端盖进行清洗；（2）腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性大的流体走壳程，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子外侧。
（3）温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器的散热损失。
37、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面上容易结霜？为什么？ 答：霜会容易结在树叶的上表面，因为树叶上表面朝向太空，而太空表面的温度会低于摄氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的温度一般在零度以上。相对于下表面来说，树叶上表面向外辐射热量较多，温度下降的快，一旦低于零度时便会结霜。
38、什么是物体的发射率和吸收率？二者在什么条件下相等？
答：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为该物体的发射率；投射到物体表面的总能量中被吸收的能量所占的份额是物体的吸收率。由基尔霍夫定律可知：当物体表面为漫灰表面时，二者相等。 39、窗玻璃对红外线几乎是不透过的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？
答：窗玻璃对红外线几乎不透过，但对可见光则是可透过的，当隔着玻璃晒太阳时，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在室内，因房间内温度越来越高，从而感到暖和。 40、对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式有什么不同之处？
答：对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式都可以用下式表示
但是，前者的导热系数λ为流体的导热系数，而且表面传热系数h 是未知的；后者的导热系数为固体的导热系数，而且表面传热系数h 是已知的。 41、写出竖平壁上膜状凝结的冷凝雷诺数的表达式。 答：冷凝雷诺数：()r t t hl w s c
μ-=
4Re , 或者μ
μρδM
u m c 44Re =
=，其中()r
t t hl M w s -=
42、为什么用电加热时容易发生电热管壁被烧毁的现象？而采用蒸汽加热时则不会？
答：用电加热时，加热方式属于表面热流密度可控制的，而采用蒸汽加热时则属于壁面温度可控制的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当热流密度一旦超过临界热流密度时，工况就有可能很快跳至稳定的膜态沸腾，使得表面温度快速上升，当超过壁面得烧毁温度时，就会导致设备的烧毁；采用蒸汽加热由于壁面温度可控制，就容易控制壁面的温升，避免设备壁面温度过度升高，使其温度始终低于设备的烧毁温度。 43、用热电偶监测气流温度随时间变化规律时，应如何选择热电偶节点的大小？
答：在其它条件相同时，热电偶节点越大，它的温度变化一定幅度所需要吸收（或放出）的热量越多，此时虽然节点换热表面积也有所增大，但其增大的幅度小于体积增大的幅度。故综合地讲，节点大的热电偶在相同的时间内吸收热量所产生的温升要小一些。由hA
cV
c
ρτ=
定义知，)(/r f A V =，r 为节点的半
径，显然，节点半径越小，时间常数越小，热电偶的相应速度越快。
44、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗？
答：由于描述一个导热问题的完整数学表达，不仅包括控制方程，还包括定解条件。虽然非稳态导热控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数。因此，上述观点不正确。 45、由对流换微分方程y
t
t h
???-
=λ可知，该式中没有出现流速，有人因此认为表面传热系数与流体速
度场无关。你认为对吗？
答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量方程中，对流项含有流体速度，要获得流体的温度场，必须先获得流体的速度场，在对流换热中流动与换热是密不可分的。因此，对流换热的表面传热系数与流体速度有关。
46、什么是等温线？在连续的温度场中，等温线的特点是什么？ 47.大平壁在等温介质中冷却的冷却率与哪些因素有关
48、何谓集总参数法？其应用的条件是什么？应怎样选择定型尺寸？ 49、写出计算一维等截面直肋散热量的公式。 50、简述遮热罩削弱辐射换热的基本思想。 51、判定两个物理现象相似的条件是什么？
52、试述强化管内流体对流换热采用的方法，并简述理由。
53、写出辐射换热中两表面间的平均角系数的表达式，并说明其物理意义。 54、影响膜状凝结换热的主要热阻是什么？
55、大空间饱和沸腾有哪三种状态？什么是沸腾换热的临界热负荷？ 56、写出傅立叶定律的数学表达式，并解释其物理意义。
57、简要说明太阳能集热器采用的选择性表面应具备的性质和作用原理。 58、试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。 二、计算题
（一）计算题解题方略 1、稳态导热问题
（1）截面直肋肋片的传热量和肋端温度的求解。
（2）单层及多层平壁在第三类边界条件下导热问题的计算，
（3）单层及多层圆筒壁在第三类边界条件下导热每米供热管道的散热损失。 2、非稳态导热问题
（1）集总参数法求解任意形状物体（如热电偶）的瞬态冷却或加热问题。
（2）公式法或诺谟图法求解任意形状物体（如热电偶或平板）的瞬态冷却或加热问题。 3、对流换热问题
（1）外掠平板或管内强制对流换热问题在不同流态下的换热分析及计算。 （2）横掠单管或管束的自然或强制对流换热问题的计算。 4、辐射换热问题
（1）两个和三个非凹面组成的封闭腔体，各个表面之间的辐射换热问题的计算，（2）两个平行平板之间的辐射换热问题的计算。 5、注意事项
（1） 对流换热问题中，当流体为气流时，有时需要同时考虑对流和辐射换热； （2） 对于长直的园管换热问题，往往要计算单位管长的换热量；
（3） 对于管内强迫对流换热问题，应注意层流和紊流时的实验关联式的选取，而且流体定性温度的在
不同边界条件下（如常壁温和常热流边界条件）确定方法有两种：算数平均法和对数平均法。
（4） 注意多个非凹面组成的封闭腔体，各个表面之间的辐射换热问题的计算中的某个表面的净辐射热
量与任意两个表面之间的辐射换热量的区别与联系。
（二）计算题例题
1、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道， 其保温层外径d=583 mm ，外表面实测平均温度及空气温度分别为 ，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m 2 K), 墙壁的温度近似取为室内空气的温度，保温层外表面的发射率 问：（1） 此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式； （2）计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分) 解： （1）此管道外壁的换热有辐射换热和自然对流换热两种方式。 （2）把管道每米长度上的散热量记为l
q
当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热
近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射为：
总的散热量为)/(2.4317.2745.156,,m W q q q r l c l l
=+=+=
2、如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m ·K),厚度为50mm ，在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：
t=200-2000x 2，式中t 的单位为0
C ，x 单位为m 。试求： (1)墙壁两侧表面的热流密度；
(2)墙壁内单位体积的内热源生成的热量。
解：(1)由傅立叶定律： 所以
(2) 由导热微分方程
022=+λ
v
q dx t d 得： 322/200000504000)4000(m W dx
t
d q v =?=--=-=λλ
3、一根直径为1mm 的铜导线，每米的电阻为Ω?-3
1022.2。导线外包有厚度为0.5mm ，导热系数为
0.15W/(m ·K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为650
C ，绝缘层的外表面温度受环境影响，假设为400
C 。试确定该导线的最大允许电流为多少？
)
(4241,T T d q r l -=σεπ)
/(7.274])27323()27348[(9.01067.5583.014.3448m W =+-+?????=-)(,f w c l t t dh t h d q -=??=π
π)/(5.156)2348(42.3583.014.3m W =-???=C
t C t f w
23,48==9.0=ε
x x t A Φq λλ)4000(m W d d 2=--=?
????-==??????=?==20m W 004000λx q ?
?
?
???=??==2m
W 1000005.0504000δx q
解：(1)以长度为L 的导线为例，导线通电后生成的热量为RL
I
2
,其中的一部分热量用于导线的升温，其
热量为τ
πρd dT L d c E m
42=?：一部分热量通过绝热层的导热传到大气中，其热量为：
1
2
21ln 21
d d L t
t w w πλ-=Φ。
根据能量守恒定律知：Φ-=???+Φ=RL I E E RL I
22
即1
2
2122ln 214d d L t t RL I d dT L d c E w w m
πλτ
πρ--==?
(2)当导线达到最高温度时，导线处于稳态导热，
?=0τ
d dT m 1
2
212ln 210d d L t
t RL I w w πλ--=
0ln
21
1
2212=--d d t t R I w w πλ，
)/(98.3312ln 15.02140
65m W =?-π，)(7.12310
22.298
.3398.3398.333
2A R I R I =?==
?=- 4、250
C 的热电偶被置于温度为2500
C 的气流中，设热电偶节点可以近似看成球形，要使其时间常数s c 1=τ，
问热节点的直径为多大？忽略热电偶引线的影响，且热节点与气流间的表面传热系数为h=300W /(m 2 K)，
热节点材料的物性参数为：导热系数为20W/(m ·K)，3/8500m kg =ρ
，)/(400K kg J c ?=如果气
流与热节点间存在着辐射换热，且保持热电偶时间常数不变，则对所需热节点直径大小有和影响？
解：（1）hA cV c ρτ=,)(1082.8)4008500/(3001343/45
2
3m c h R R
R A V c -?=??====ρτππ 故热电偶直径：)(529.01082.83225
mm R d =???==-
验证毕渥数B i 是否满足集总参数法：
1.00013.020
1082.8300/5
<=??==
-λ
A
hV B i 满足集总参数法条件。
(2)若热节点与气流间存在辐射换热，则总的表面传热系数h （包括对流和辐射）将增加，由hA
cV
c ρτ=
知，要保持c τ不变，可以使A V
/增加，即热节点的直径增加。
5、空气以10m/s 速度外掠0.8m 长的平板，C t f
080=,C t w 030=，计算该平板在临界雷诺数c e R 下
的c h 、全板平均表面传热系数以及换热量。（层流时平板表面局部努塞尔数3
/12/1332.0r e x P R Nu =，
紊流时平板表面局部努塞尔数3/15/40296.0r e x
P R Nu =，板宽为
1m ，已知5105?=c e R ，定性温度
C
t m 055=时的物性参数为：
)/(1087.22K m W ??=-λ，s
m /1046.1826-?=ν
，
697.0=r P ）
解：(1)根据临界雷诺数求解由层流转变到紊流时的临界长度
C t t t w f m 055)(2
1
=+=
,此时空气得物性参数为： )/(1087.22K m W ??=-λ，s m /1046.1826-?=ν，697.0=r P
)(92.010
1046.1810565m u
R X ul
R c c e c e =???==
?=
-νν
由于板长是0.8m ，所以，整个平板表面的边界层的流态皆为层流
?
==
3
/12/1332.0r e x P R hl
Nu λ
)/(41.7697.0)105(8
.01087.2332.0332.023/12/152
3/12/1C m W P
R l h r
e c c
?=????==-λ
(2)板长为0.8m 时，整个平板表面的边界层的雷诺数为：
56
1033.410
46.188
.010?=??=
=
-ν
ul
R e 全板平均表面传热系数:
)/(9.13697.0)1033.4(8
.01087.2664.0664.023/12/152
3/12
/1C m W P R l h r
e c
?=????==-λ
全板平均表面换热量W t t hA w f 9.557)3080(18.09.13)(=-???=-=Φ
6、如图所示为真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出，黑体对A 、B 、C 三处中何处定向辐射强度最大？何处辐射热流最大？假设A 、B 、C 三处对球心所张的立体角相同。 解：（1）由黑体辐射的兰贝特定律知，黑体的 定向辐射强度与方向无关，故C B A
I I I ==
(2) 对于A 、B 、C 三处，由于立体角相同，且
C B A θθθcos cos cos >>
由兰贝特定律θθθcos I E =知，A 处辐射力最大，
即A 处辐射热流最大；C 处辐射力最小，即C 处 辐射热流最小。
7、试证明：在两个平行平板之间加上 n 块遮热板后，辐射换热量将减小到无遮热板时的 )1/(1+n 。假设各板均为漫灰表面，且发射率相同，皆为ε，板的面积皆为A 。 证明：(1)无遮热板时，A
A X A E E b b εε
εε-++--=
Φ1112,12
12
,1对两个无限长的平板来说
12,1=X ，所以
A
A A E E b b εε
εε-++--=
Φ1112
12,1
(2)有n 块遮热板时，)
12)(1()
211)(1(11)211(12
12
12
12,1/-+-=?-++-=-++?-++--=
Φε
ε
ε
εε
εεεεn E E A
n E E A
A A A A n A E E b b b b b b
所以2,12
,1/
1
1
Φ+=
Φ
n 8、用裸露的热电偶测烟气管道内的温度，测量值为C t 01177=，管道内壁温度C t w 094=，烟气对热
电偶表面的对流换热系数)/(1422K m W h
?=，热电偶表面的黑度6.01=ε，求烟气的真实温度。如
果其它条件不变，给热电偶加以黑度为0.8的足够长的遮热罩，烟气对遮热罩的对流换热系数与烟气对热电偶表面的对流换热系数相同)/(1422K m W h
?=，此时热电偶的测量值是多少？
解：(1)热电偶节点从烟气中吸热为
)(1t t hA f c -=Φ
热电偶节点对管壁的放热为
w
w w w bw
b r A X A A E E εεεε-+
+--=
Φ11
1,111111
相对热电偶节点，管壁的面积是非常大的，因此有
1,1=w X 及0/1=w A A ，此时
)(111bw b r E E A -=Φε
当热电偶节点处于热平衡时，r c Φ=Φ即)()(11111bw b f E E A t t hA -=-ε
其中：2481
/05.2325)273177(1067.5m W E b =+??=-
2482/6.1028)27394(1067.5m W E b =+??=- 烟气的真实温度为C E E h t t b b f 021115.182)6.102805.2325(142
6.0177)(=-+=-+=ε (2)当给热电偶加以遮热罩时，构成了有3个实体组成的换热系统，其中热电偶节点从烟气吸热的同时，还
要向遮热罩放热，稳态平衡式为（3代表遮热罩）
3
333,111113
11111
1)(εεεεA X A A E E t t hA b b f -+
+--=
-
考虑到
13,1=X 及0/31=A A ，则)()(311111b b f E E A t t hA -=-ε
遮热罩的内外侧从烟气及热电偶吸热，同时向管壁放热，稳态平衡式为（3代表遮热罩）
w
w w w bw
b b b f A X A A E E E E A t t hA εεεεε-+
+--=
-+-11
1)()(2,333333311133
考虑到1,3=w X 及0/3=w A A ，则)()()(2333131133bw b b b f E E A E E A t t hA -+-=-εε
由于
13A A >>,所以上式右边第一项可以省略，于是)()(233333bw b f E E A t t hA -=-ε，即
)367(1067.5142
28.05.455)(24
34833
3T E E h T T b bw f -???+
=-+
=-ε
对此式进行试凑法得：C K T 037.1787.451==,将C K T 037.1787.451==代入)()(311111b b f E E A t t hA -=-ε并同试凑法得：C K T 012.1822.455
== 9、温度C t f
050=的空气平行掠过一表面温度为C t w 0100=的平板表面，平板下表面绝热。平板沿
流动方向的长度为0.2m ，宽度为0.1m 。此时按平板长度计算的雷诺数4106?=e
R 。试确定：
（1）平板表面与空气间的平均表面传热系数和传热量；
（2）如果空气的流速增大为原来的10倍时，其它条件不变，平板表面与空气间的平均表面传热系数和传热量。
（层流时平板表面局部努塞尔数
3
/12/1332.0r e x P R Nu =，紊流时平板表面平均努塞尔数
3
/15/4)871037.0(r e P R Nu -=，已知定性温度
C
t m 075=时的物性参数为：
)/(0299.0K m W ?=λ，7.0=r P ）。
解：(1)空气的定性温度C t t t w f m
075)(2
1
=+=
，此时的物性参数为：)/(0299.0K m W ?=λ，
7.0=r P ，
由于54105106?
R ，属层流流态。
故)/(59.217.0)106(2
.00299
.0664.0664.023/12/143/12/1C m W P R l h r
e c
?=???==λ 换热量W t t hA f w 59.21)50100(1.02.059.21)(=-???=-=Φ
（2）若流速增加10倍，
101
2
12==u u R R e e ，552105106?>?=e R ，属紊流流态。 2.6047.0)871)106(037.0()871037.0(3/18.053/15/42=?-??=-=r e P R Nu
)/(33.902
.02.6040299.02C m W l N h u ?=?==λ
10、当流体为空气时，
（8分）
当s m u /201=时，)/(5021K m W h ?=；
当s m u /151=时，)/(4021K m W h ?=。
假定换热规律遵循如下函数形式：n
r
m
e u P CR N =线长度为l 。
试确定：指数m 的大小？ 解：由题意知，n
r
m e u P CR N =， 由相似准则关系式知
即n
r m
e u P CR N 111
=，n
r m
e u P CR N 222=，对于空气：7.021≈=r r P P 所以 m m m e e u u u u l u l u R R N N )()//()(2
1212121===νν
又 λhl
N u =，所以 2121h h N N u u =
因此， m u u h h )(2
121=，m )1520
(4050=，775.0=m
《传热学》试题库 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 四、简答题 1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。 （提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式） 2．请说明在传热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?如何防止? （提示：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况）3. 试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么? （提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)） 4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义? （提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。） 5．结合你的工作实践，举一个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。 （提示：学会分析实际传热问题，如水冷式内燃机等） 6．在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。试用传热学知识解释这一现象。 （提示：从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主
总复习题 基本概念 : ?薄材 : 在加热或冷却过程中 , 若物体内温度分布均匀 , 在任意时刻都可用一个温度来代表整个物体得温度 , 则该物体称为 ----、 ?传热 : 由热力学第二定律 , 凡就是有温差得地方 , 就有热量自发地从高温物体向低温物体转移 , 这种由于温差引起得热量转移过程统称为 ------、 ?导热 : 就是指物体内不同温度得各部分之间或不同温度得物体相接触时 , 发生得热量传输得现象、物体各部分之间不发生相对位移,仅依靠物体内分子原子与自由电子等微观粒子得热运动而产生得热能传递成为热传导简称导热 ?对流 : 指物体各部分之间发生相对位移而引起得热量传输现象、由于流体得宏观运动而引起得流体各部分之间发生相对位移,冷热流体相互渗混所导致得热量传递过程 ?对流换热 : 指流体流过与其温度不同得物体表面时 , 流体与固体表面之间发生得热量交换过程称为 ------、 ?强制对流 : 由于外力作用或其它压差作用而引起得流动、 ?自然对流 : 由于流体各部分温度不同 , 致使各部分密度不同引起得流动、 ?流动边界层 : 当具有粘性得流体流过壁面时 , 由于粘滞力得作用 , 壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体得速度迅速下降为零 , 而在这一流层外 , 流体得速度基本达到主流速度、这一流体层即为 -----、 ?温度边界层 : 当具有粘性得流体流过壁面时 , 会在壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体得温度迅速变化 , 而在这一流层外 , 流体得温度基本达到主流温度、这一流体层即为 -----、 ?热辐射 : 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量得过程称为 ------、物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量得过程成为热辐射 ?辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射得全部波长得辐射能得总量、 ?单色辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射得波长在λ -- λ +d λ范围内得辐射能量、 ?立体角 : 就是一个空间角度 , 它就是以立体角得角端为中心 , 作一半径为 r 得半球 , 将半球表面上被立体角切割得面积与半径平方 r 2 得比值作为 ------ 得大小、 ?定向辐射强度 : 单位时间内 , 在单位可见面积 , 单位立体角内发射得全部波长得辐射能量称为 ----、 ?传质 : 在含有两种或两种以上组分得流体内部 , 如果有浓度梯度存在 , 则每一种组分都有向低浓度方向转移 , 以减弱这种浓度不均匀得趋势、物质由高浓度向低浓度方转移过程称为 ----、
①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．浮升力与粘滞力的相对大小 ?彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 ?A．温度B．速度 ?C．惯性力D．同名准则数 ?高温换热器采用下述哪种布置方式更安全（ D） ?A．逆流B．顺流和逆流均可 ?C．无法确定D．顺流
?顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ?7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） ?A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 ?C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导 热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30A.强制对流换热 B.凝结对流换热
31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33A.增加流体流度 B.设置肋片 34 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材 料使导热热阻增加 35冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增 加，有时减小 37将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D ) 38A.减少导热 B.减小对流换热 39 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 40下列参数中属于物性参数的是( B ) 41A.传热系数 B.导热系数 42 C.换热系数 D.角系数 43已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( )
第一章 思考题 1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试 写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： )(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何 一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就 烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析 其原因。 答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7． 什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热 量传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A 与B ，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A 杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？ 答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。 第二章 思考题 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。 答：傅立叶定律的一般形式为：n x t gradt q ??-=λλ＝－，其中：gradt 为空间某点的温度梯度；n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；q 为该处的热流密度矢量。
高等传热学复习题答案 热动硕士2015 吕凯文 10、燃用气、液、固体燃料时火焰辐射特性。 答：燃料的燃烧反应属于比较剧烈的化学反应。由于燃烧温度较高，而且燃料的化学成分一般都比较复杂，所以燃烧反应的过程是非常复杂的过程，一般的燃料燃烧时火焰的主要成分还有CO 2、H 2O 、N 2、O 2等，有的火焰中还有大量的固体粒子。火焰中还存在大量的中间参悟。在不同的工况下，可能有不同的中间产物和燃烧产物。火焰的辐射光谱是火焰中的各种因素作用的结果。 燃烧中间产物或燃烧产物受火焰加热，要对外进行热辐射。在火焰的高温环境下，固体粒子的辐射光谱多为热辐射的连续光谱，而气体分子的发射光谱多为分段的发射或选择性吸收。此外，还有各物质的特征光谱对火焰的辐射的影响。在工业火焰的温度水平下，氧、氢等结构对称的双原子分子没有发射和吸收辐射的能力，它们对于火焰光谱的影响比较小。而CO 2和H 2O 等结构不对称的分子以及固体粒子对火焰光谱的影响起主导作用。在火焰中大量的中间产物虽然存在时间很短，但对火焰辐射光谱也有一定的影响。（该答案仅供参考） 11、试述强化气体辐射的各种方法。 答：气体辐射的特点有：①不同种类的气体的辐射和吸收能力各不相同；②气体辐射对波长具有强烈的选择性；③气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的，辐射到气体层界面上的辐射能在辐射行程中被吸收减弱，减弱的程度取决于辐射强度及途中所遇到的分子数目。 气体的辐射和吸收是气层厚度L 、气体的温度T 和分压p （密度）的函数，(,)f T pL λα=。由贝尔定律,,0k L L I I e λλλ-=?可知，单色辐射在吸收性介质中传播时其强度按指数递减。 由上述可知，强化气体辐射的方法有：提高气体的温度；减小气体层的厚度，；选择三原子、多原子及结构不对称的双原子气体；减小气体的分压。（该答案仅供参考） 12、固体表面反射率有哪几种？ 答：被表面反射的能量与投射到表面的能量之比定义为表面反射率。固体表面反射率有： ①双向单色反射率；②单色定向-半球反射率；③单色半球-定向发射率。
Nu准则数的表达式为（A ） 根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 雷诺准则反映了（ A） A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 C．对流换热强度的准则 D．浮升力与粘滞力的相对大小 彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 A．温度B．速度 C．惯性力D．同名准则数 高温换热器采用下述哪种布置方式更安全？（ D） A．逆流B．顺流和逆流均可 C．无法确定D．顺流 顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ 7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 格拉晓夫准则数的表达式为（D ） .由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) A.增加流体流度 B.设置肋片 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D )
《传热学》复习题一 一、名词解释（3分×5=15分） 1、导热： 2、对流换热： 3、肋片效率： 4﹑膜状凝结： 5﹑灰体； 二、填空题（2分×5=10分） 1.空间辐射热阻可表示为：（）。 2、（）是热量传递的动力。 3、二维、常物性、无内热源、直角坐标系中的稳态导热微分方程式为（）。 4、角系数的确定方法有（）两种。 5、温度场是指）。 三、判断题（2分×5=10分） 1、一个灰表面如果是漫反射的，则一定是漫辐射的。（） 2、热量传递的三种基本方式是：导热，对流换热，辐射换热。（） 3﹑当一个表面的吸收率α=1时，可当作一个绝热表面来处理。（） 4、管内强迫对流换热时，假定条件相同，弯管的比直管的换热系数大。（） 5、一个表面的有效辐射一定不大于它的本身辐射。（）。 四、简答题（6分×4=24分） 1、说明哪些因素影响了对流换热
2、简述热辐射的三个特点. 3、说明大气层的温室效应 4、写出努谢尔特准则Nu的表达式并说明努谢尔特准则Nu的物理含义 五、计算题（41分） 1、（14分）有一气体冷凝器，气侧对流换热表面传热系数h1=95W/(㎡.k),壁厚为㎜,λ=。水侧对流换热表面传热系数h2=5800W/(㎡.k)。计算每个环节的热阻以及传热热阻 2、（13分）加热炉置于25℃的厂房内，加热炉外形尺寸为高2.5m、宽3.5m、 长4m，加热外表面温度均匀且维持55℃。如果不考虑辐射作用，试计算加热 炉炉墙的散热量。已知Νu=C n,C=,n=1/3,空气的物性参数为：λ=,Pr=,粘度ν =㎡/S. 3、（14分）温度为99℃的热水进入一个逆流式换热器，并将4℃的冷 水加热到32℃，冷水的流量为1.3Kg/S，热水的流量为2.6Kg/S，总传热系 数为830W/（㎡.K ）。试计算换热器面积为多少 （水的比热为C P= ）
2008传热学试卷（2）标准答案 一.填空题：（共20分）[评分标准：每个空格1分] 1．热量由高温流体经固体壁面传给低温流体，这种过程称为传热过程。 2．表征物体导热能力的物理量是导热系数。 3．努谢尔特准则的表达式是λ hl Nu = 。式中各符号的意义是h 对流换热系数. L 特征尺寸.λ导热系数。 4．集总参数法使用的条件是Bi ≤0.1。 5．凝结换热有膜状凝结和珠状凝结两种方式,其中珠状凝结换热效果好。 6．影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数。 7．湿砖的导热系数比水的导热系数大。 8．饱和沸腾曲线有四个换热规律不同的区域,分别指自然对流. 核态沸腾.过渡沸腾和稳定膜 态沸腾。 9．定向辐射强度与方向无关的规律，称为兰贝特定律。 10．换热器热计算的两种基本方法是平均温压法和传热单元数法。 二．问答及推导题：（共50分） 1.名词解释：（10分）[评分标准：每小题2分] ①光谱辐射力：单位时间内物体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去的某一特定波长的能量。 ②温度边界层：把贴壁处温度剧烈变化的薄层称为速度边界层。 ③饱和沸腾：流体的主体温度达到了饱和温度，壁面温度大于饱和温度时发生的沸腾称为饱和沸腾。 ④肋效率：基温度下的理想散热量 假设整个肋表面处于肋 肋壁的实际散热量 = f η ⑤ 付立叶数：2 l a Fo τ= 非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。 2.在换热器的传热面上设置肋片的作用是什么，推出肋片的传热微分方程式。（10分） 答：在h 小的一侧加肋可提高传热系数。——————（2分） 未加肋时 0 111h h k i + + = λ δ ————（2分） 加肋后 β ηλ δ00111 h h k i + + = βη0＞＞1——————（2分）
传热学试题 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 二、填空题 1．热量传递的三种基本方式为、、。 （热传导、热对流、热辐射） 2．热流量是指，单位是。热流密度是指，单位是。 （单位时间内所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2） 3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数) 4．总传热系数是指，单位是。 （传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量，W／(m2·K)） 5．导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是。 （W／(m·K)，W／(m2·K)，W／(m2·K)）
《传热学》考试试题库汇总 第一章概论 一、名词解释 1.热流量:单位时间所传递的热量 2.热流密度:单位传热面上的热流量 3.导热:当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时,在物体各部分之间不发生相对位移的情况下,物质微粒(分子、原子或自由电子) 的热运动传递了热量,这种现象被称为热传导,简称导热。 4.对流传热:流体流过固体壁时的热传递过程,就是热对流和导热联合用的热量传递过程,称为表面对流传热,简称对流传热。 5.辐射传热:物体不断向周围空间发出热辐射能,并被周围物体吸收。同时,物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样,物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递,称为表面辐射传热,简称辐射传热。 6.总传热过程:热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,称为总传热过程,简称传热过程。 7.对流传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的对流传热量,单位为 W /(m2·K) 。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8.辐射传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的辐射传热量,单位为 W /(m2·K) 。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9.复合传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的复合传热量,单位为 W /(m2·K) 。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10.总传热系数:总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1. 热量传递的三种基本方式为 (热传导、热对流、热辐射) 2. 热流量是指单位是。热流密度是指 ,单位是。 (单位时间所传递的热量, W ,单位传热面上的热流量, W/m2) 3. 总传热过程是指 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,总传热系数 ) 4. 总传热系数是指 (传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量, W /(m2·K) ) 5. 导热系数的单位是 ;传热系数的单位是。 (W /(m·K) , W /(m2·K) , W /(m2·K) ) 6. 复合传热是指 ,复合传热系数等于之和,单位是。 (对流传热与辐射传热之和,对流传热系数与辐射传热系数之和, W /(m2·K) ) 7. 单位面积热阻 r t 的单位是 ;总面积热阻 R t 的单位是。 (m 2·K/W, K/W) 8. 单位面积导热热阻的表达式为 (δ/λ) 9. 单位面积对流传热热阻的表达式为 (1/h) 10. 总传热系数 K 与单位面积传热热阻 r t 的关系为。 (r t =1/K) 11. 总传热系数 K 与总面积 A 的传热热阻 R t 的关系为。
一、单项选择题 1. 在引力场的作用下单存导热只发生在 A．密实的固体中B．液体中C．气体中D．流体中 2.大平板采用集总参数法的判别条件是p121 A．B i>0.1 B．B i=1 C．Bi<0.1 D．B i=0.1 3.无相变对流换热分为 A. 强迫对流和自然对流 B. 沸腾换热和凝结换热 4.实际物体的辐射力比同温度下黑体的辐射力（黑度<1） A.大 B.小 C.一样 D.差不多 5．管内对流换热的流态判别是用 A. Gr B. Re C. Pe D. Gr·Pr 6．导热系数 是物性参数下面说法正确的是p6 A.与材料种类有关 B.与材料温度有关 C. 与材料种类、温度都有关 7．灰体的吸收比与投射辐射的波长分布p374 A.无关 B.有关 C.具有选择性 D.具有一定函数关系 8．格拉晓夫准则数越大，则表征 A.温差越大 B.粘性力越大 C. .浮升力越大 D 惯性力越大 9.在稳态导热中,决定物体内温度分布的是 A.导温系数 B.导热系数 C.传热系数 D.密度 10.对流换热系数为100W/(m2.K) 、温度为10℃的空气流经40℃ 的壁面，其对流换热的热流密度为 A.1×104W/m2 B.2×104W/m2 C.2×103W/m2 D.3×103W/m2 二、判断题 1. 温度不同的等温面或等温线彼此能相交。 2. 热辐射和流体对流及导热一样，需有温差才能发射辐射能。 3. 通过圆筒壁的一维稳态导热时，单位面积上的热流密度不一定处处相等的。 4. 导温系数在某种意义上等同于导热系数，其物理意义也相同。 5. 热量传输一般有导热，热对流及热辐射三种基本形式。 6. 雷诺数表征了浮生力与粘性力之比的一种度量。 7. 沸腾换热和凝结换热属于无相变对流换热。 8. 正常情况下，对流换热中流体的速度边界层和温度边界层可以等效。 9. 通常情况下固体的导热系数比液体和气体的导热系数大。
《传热学》复习题 一、判断题 1．稳态导热没有初始条件。（） 2．面积为A的平壁导热热阻是面积为1的平壁导热热阻的A倍。（） 3．复合平壁各种不同材料的导热系数相差不是很大时可以当做一维导热问题来处理（） 4．肋片应该加在换热系数较小的那一端。（） 5．当管道外径大于临界绝缘直径时，覆盖保温层才起到减少热损失的作用。（） 6．所谓集总参数法就是忽略物体的内部热阻的近视处理方法。（） 7．影响温度波衰减的主要因素有物体的热扩散系数，波动周期和深度。（） 8．普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。（） 9. 傅里叶定律既适用于稳态导热过程，也适用于非稳态导热过程。（） 10.相同的流动和换热壁面条件下，导热系数较大的流体，对流换热系数就较小。（） 11、导热微分方程是导热普遍规律的数学描写，它对任意形状物体内部和边界都适用。( ) 12、给出了边界面上的绝热条件相当于给出了第二类边界条件。 ( ) 13、温度不高于350℃，导热系数不小于0.12w/(m.k)的材料称为保温材料。 ( ) 14、在相同的进出口温度下，逆流比顺流的传热平均温差大。 ( ) 15、接触面的粗糙度是影响接触热阻的主要因素。 ( ) 16、非稳态导热温度对时间导数的向前差分叫做隐式格式，是无条件稳定的。 ( ) 17、边界层理论中，主流区沿着垂直于流体流动的方向的速度梯度零。 ( ) 18、无限大平壁冷却时，若Bi→∞，则可以采用集总参数法。 ( ) 19、加速凝结液的排出有利于增强凝结换热。 ( ) 20、普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。( ) 二、填空题 1．流体横向冲刷n排外径为d的管束时，定性尺寸是。 2．热扩散率（导温系数）是材料指标，大小等于。 3．一个半径为R的半球形空腔，空腔表面对外界的辐射角系数为。 4．某表面的辐射特性，除了与方向无关外，还与波长无关，表面叫做表面。 5．物体表面的发射率是ε，面积是A，则表面的辐射表面热阻是。 6．影响膜状冷凝换热的热阻主要是。
第一部分：必背的公式 1. 通过单层平壁稳态导热热流量的计算公式 λ) δ/() (21A t t Aq w w -= =Φ 2. 通过单层圆筒壁稳态导热热流量的计算公式 )/ln(21 ) (1221r r l t t Aq w w λ π-= =Φ 3. 牛顿冷却公式 t Ah ?=Φ 4. 对于两个漫灰表面组成封闭系统的辐射换热计算 )(11 1212,112 222,111112 12,1b b s b b E E X A A X A A E E -=-++--= Φεεεεε 其中的特例： （1）表面1的面积A 1远远小于表面2的面积A 2，且X 1,2=1，如一个物体被一个空间包容的情况。 )(21112,1b b E E A -=Φε （2）表面1的面积A 1等于表面2的面积A 2，且X 1,2=1，如两块相近的平行平板之间的辐射换热。 1 11) (2 12112,1-+-= Φεεb b E E A 5. 传热方程式 )(21f f t t Ak -=Φm t Ak ?=Φ 6. 换热器计算的基本公式 m t kA ?=Φ
简单顺流和逆流：??? ? ?????-?= ?min max min max ln t t t t t m ，复杂布置情况：逆)(m m t t ?=?ψ )(' '1'111t t c q m -=Φ )('2''222t t c q m -=Φ 第二部分：必背的物理概念表达式或定义式 1. 导热的傅立叶定律数学表达式 n n t gradt q ??-=-=λ λ 在直角坐标系中，x 坐标方向上，x t q ??-=λ或x t A Φ??-=λ 2. 肋片效率 理想 实际ΦΦ= f η 肋片的理想散热量是指整个肋片均处在肋根温度下的散热量。 3. 毕渥数、傅立叶数和时间常数的表达式 λ hl Bi = ，2 l a Fo τ= ，λ ) /(A V h Bi V = ， 2 )/(A V a Fo V τ= hA Vc c ρτ= 4. 对流换热中表面传热系数与流体温度场的关系式 x y x w x y t t t h ,0,=∞??-- =λ 5. 对流换热中常见准则数及其物理意义 （1） 努赛尔准则数λ/hl Nu =，壁面上流体的无量纲温度梯度。 （2） 普朗特数 a /Pr ν=：动量扩散厚度与热量扩散厚的对比。 （3） 雷诺数 ν/Re ul =：惯性力与粘性力之比的度量。
2009 传热学 一、简答 1）说明推导导热微分方程所依据的基本定律，并解释求解导热问题的三类边界条件。 2）右图为三种不同情况下双层平板稳态导 热时的温度分布。假定双层平板各自的导热 系数λ1和λ2为定值，试分析比较三种情况 下λ1和λ 2 的相对大小。 3）写出毕渥数Bi的定义式并解释其意义。Bi→0和Bi→∞各代表什么样的换热条件？4）流体在两平行平板间做层流充分发展的对流 换热。在充分发展段某截面上流体温度分布剖面 如右图所示。试说明：（a）流体是被加热还是被 冷却？（b）哪一侧壁面处的热流密度绝对值要 大？ 5）同一种流体流过直径不同的两根管道，A管直径是B管的两倍，A管的流量也是B管的2倍。两管中的流动现象是否相似？请说明理由。 6）简述维恩位移定律，并分析为何炼钢时随着温度的升高，钢锭表面颜色由暗黑逐渐变白？ 7）在漫灰表面间的辐射换热计算中采用有效辐射J。什么是有效辐射？结合投入辐射G写出有效辐射J的表达式，并说明有效辐射包含哪几部分辐射？黑体的有效辐射J为多少？
8）一动力蒸气管道，外直径25cm，外面包上5cm厚的绝热材料。绝热材料的导热系数为0.12 W/(m·K)，绝热层与环境之间的自然对流换热系数为45 W/(m2·K)，试问为了进一步减少散热损失是否可以增加绝热层厚度，为什么？ 二、分析 1）一直径为d，长度为L，导热系数为λ的金属棒内部有强度为q W/m3 的均匀内热源，两端分别维持固定的温度t1和t2，周围和温度为t∞的空气进行对流换热，表面传热系数为h，假设金属棒同一断面温度分布均匀，试导出此金属棒的导热微分方程，并给出定解条件。2）对于竖直夹层内的自然对流换热，换热计算公式为q=h（t w1 – t w2），格拉晓夫数Gr=gβ(t w1 – t w2)δ3/ν 2 ，式中t w1 、t w2 分别为两壁面的温度；δ为夹层厚度；H为竖夹层高度。已知恒壁温条件下竖直间层内空气的换热准则关系式为： 当Gr<2000时，Nu=1 当2×104
《工程热力学与传热学》复习题答案 渤海石油职业学院石油工程系——晏炳利 第一篇工程热力学 第一章绪论 一、填空题 1．水力能、风能、太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等 2．①以机械能的形式直接利用（如水力能、风能）； ②以热能的形式利用（如太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等）。 3．①直接利用热能加热物体（如采暖、烘烤、冶炼、蒸煮等）； ②间接利用。 4．吸气、压缩、爆发、排气 5．①热力学第一、第二定律；②研究工质的热物理性质；③研究各种热力设备中的能量转换过程 二、概念题 1．热力学：是一门研究与热现象有关的能量、物质和它们之间相互作用规律的科学。 2．工程热力学：是从工程应用的角度研究热能与机械能之间相互转换的规律，达到提高能量有效利用率目的的学科。 三、简答题 1．工程热力学的基本任务．：通过对各种用能设备及系统中的能量转换过程及影响因素的研究，探索有效、合理利用能量的技术途径和基本方法。 第二章基本概念 一、概念题 1．工质：工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的媒介物或工作介质称为工质。 2．环境（外界）：指系统以外与系统相联系的部分称为环境。 3．热力状态：系统在某一瞬间的宏观物理状况称为系统的热力状态简称状态。 4．平衡态：指在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态。
5．绝对压力（P）：一般情况下，容器内系统的实际压力称为绝对压力（P）。 测压计测出的不是绝对压力，而是气体的绝对压力与当地大气压力的差值，是一个相对压力。 6.表压力（Pg）：当容器内气体的实际压力大于大气压力时，测压计（压力表）的读数为正，读数称为表压力。 7.真空度（Pv）：当容器内气体的实际压力小于大气压力时，测压计（真空表）的读数为负，读数的绝对值称为真空度。 状态方程：表示基本状态参数之间函数关系的方程称为状态方程。 热力过程（过程）：系统从一个状态变化到另一个状态所经历的状态称为热力过程。 准静态（准平衡）过程：系统由平衡态（I）变化到平衡态（II）的过程中，所经历的每一个中间状态都可看作平衡态，这样的过程均称为准静态（准平衡）过程。 可逆过程：在工质进行完一个热力过程以后，如果能使工质沿着相同的路径，逆行回到原来的初始状态，并且系统和环境也完全都能恢复到原来的状态而不留任何改变。这样的过程称之为可逆过程。反之，则称之为不可逆过程。 功（W）：当系统与环境之间存在压力差时，系统通过边界与环境之间相互传递的能量称为功。 容积功(体积功)：封闭系统中通过工质的容积改变而与环境交换的功。 热量（Q）：当热力学系统与环境之间存在温差时，系统与环境之间相互传递的非功形式的能量称为热量。 功与热量的区别 热量的传递宏观上是由于热力系统与环境之间存在温差造成，微观上使物体之间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量； 功的传递宏观上是由于物体的宏观运动发生相互作用而传递的能量，微观上是物体之间有规律的微观运动发生能量的传递。 功是有序能的传递量；热量是无序能的传递量。 二、填空题 1．对工质的要求：①具有良好的流动性和膨胀性；②通常选用气（汽）态
传热学试卷 一.填空题：（共20分）[评分标准：每小题2分] 1．导温系数是材料 物体内部温度扯平能力 的指标，大小等于 λ/ρC 。 2．影响强制对流换热的主要因素有 流体的物性，状态，壁面结构。 3．动量传递和热量传递的雷诺比拟的解为5 /4Re 0296.0x x Nu =，适用条件是Pr=1。 4．影响膜状凝结传热的主要热阻是液膜层的导热热阻。 5．自膜化现象是对流换热系数与壁面尺寸无关，其发生的条件是流体处于湍流自然对流。 6．同一壳管式换热器，逆流布置时对数平均温压最大，顺流布置时对数平均温压最小。 7．在热辐射分析中，把单色吸收率与波长无关的物体称为灰体。 8．通常，把k m w ./12.0≤λ的材料称为保温材料。 9．有效辐射是单位时间内离开物体单位表面的辐射能，它包括本身辐射和反射辐射两部分。 10．傅立叶定律的数学表达式是x t A Q ??-=λ。 二．问答及推导题：（共50分） 1. 名词解释：（10分）[评分标准：每小题2分] ① 辐射力：单位表面积物体在单位时间内向半球空间发射得全部波长的能量. ② 热边界层：在壁面附近温度剧烈变化的薄层. ③ 导温系数：c a ρλ = 表示物体内部温度扯平的能力. ④ 膜状凝结：凝结液能很好的润湿壁面,在壁面上铺展成膜.液膜的热阻为主要热阻. ⑤ 太阳常数：大气层外缘与太阳射线相垂直的单位表面积所接受的太阳辐射能为1367W/m 2 2.试介绍三种强化管内湍流换热的措施，并说明措施的传热学原理。（10分） 答：三种方法（1）流速u 提高，（2）直径d 减小，（3）采用强化的换热面。 —————（6分） 原理n f f f Nu Pr Re 023.08.0= 或2.08 .0d u h ∝———————（4分） 3.根据大容器饱和沸腾曲线，饱和沸腾曲线可分为几个区段？其中哪个区段 具有温压小，换热强的特点？为什么在沸腾换热时必须严格监视并控制热 通量在临界热通量以内？（10分） 答：四个区段， 核态沸腾。———————（4分） 用DNB 监视的原因（1）DNB 之上q 随△t 变化亦小 （2）超过m ax q 时△t 猛增，可达到1000℃，易烧毁设备。———— ———（6分）
第四章 复习题 1、 试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。 2、 试说明用热平衡法建立节点温度离散方程的基本思想。 3、 推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似， 为什么前者得到的是精确描述，而后者解出的确实近似解。 4、 第三类边界条件边界节点的离散那方程，也可用将第三类边界条件表达式中的一阶导数 用差分公式表示来建立。试比较这样建立起来的离散方程与用热平衡建立起来的离散方程的异同与优劣。 5．对绝热边界条件的数值处理本章采用了哪些方法？试分析比较之． 6．什么是非稳态导热问题的显示格式？什么是显示格式计算中的稳定性问题？ 7．用高斯－塞德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛德解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？ 8．有人对一阶导数 ()()() 2 21,253x t t t x t i n i n i n i n ?-+-≈??++ 你能否判断这一表达式是否正确，为什么？ 一般性数值计算 4-1、采用计算机进行数值计算不仅是求解偏微分方程的有力工具，而且对一些复杂的经验公式及用无穷级数表示的分析解，也常用计算机来获得数值结果。试用数值方法对Bi=0.1,1,10的三种情况计算下列特征方程的根:)6,2,1(Λ=n n μ Λ 3,2,1,tan == n Bi n n μμ 并用计算机查明，当2 .02≥=δτ a Fo 时用式（3-19）表示的级数的第一项代替整个级数（计 算中用前六项之和来替代）可能引起的误差。 Bi n n =μμtan Fo=0.2及0.24时计算结果的对比列于下表： Fo=0.24
传热学基础试题 一、选择题 1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过程次序为 A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C.导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（ ）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m 2·K ）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ） A.8×104W/m 2 B.6×104 W/m 2 C.7×104 W/m 2 D.5×104 W/m 2 4．在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁(t 1 >t 2,r 1
A. 换热系数较大一侧 B. 热流体一侧 C. 换热系数较小一侧 D. 冷流体一侧 9. 某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的保温效果，应将( )材料放在内层。 A. 导热系数较大的材料 B. 导热系数较小的材料 C. 任选一种均可 D. 不能确定 10．下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流速 B.管内加插入物增加流体扰动 C. 设置肋片 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 11.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 12.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 13.判断管内紊流强制对流是否需要进行入口效应修正的依据是( ) A.l/d≥70 B.Re≥104 C.l/d<50 D.l/d<104 14.下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流度 B.设置肋片 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 15.冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 16.将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( ) A.减少导热 B.减小对流换热 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 17.下列参数中属于物性参数的是( ) A.传热系数 B.导热系数 C.换热系数 D.角系数 18.已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进 出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( ) A.100°C B.124°C C.150°C D.225°C 19.有一个由四个平面组成的四边形长通道，其内表面分别以1、2、3、4表示，已知 角系数X1，2=0.4,X1，4=0.25，则X1，3为( ) A.0.5 B.0.65 C.0.15 D.0.35 20.一金属块的表面黑度为0.4，温度为227°C，它的辐射力是( )；若表面氧化