上海理工大学高等传热学试题及答案

fairytale²º¹º传热学简答题终极PK——2010.12.26一．导热1.（06年一.3/05年一.3）热电偶的时间常数问题。

①影响因素：热电偶的几何参数（V/A），物理性质（ρ、c），换热条件（h）。

②对换热条件的要求：尽可能减小体面比V/A，同时在满足集中参数法条件（Bi≦0.1）下尽可能强化对流换热（增大h）。

2.（03年一.5）对非稳态导热而言，导热微分方程中只出现热扩散系数a。

那是否可以认为，非稳态导热只与热扩散系数a有关，而与导热系数λ无关？答：由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。

所以虽然非稳态导热的控制方程只与热扩散系数a有关，但边界条件中却有可能包括导热系数λ（如第二或第三边界条件）。

因此上述观点不对。

二．对流1.（10年一.7）有人说对流换热的强度从本质上决定于导热过程，请解释这种说法是否正确，并从对流换热强化方法上至少举出两种强化方法来佐证你的看法。

答：这种说法是对的，因为对流传热是由流体宏观运动所造成的热量转移以及贴壁处流体中分子导热所产生的热量传递联合作用的结果，对流传热量就等于贴壁流体层的导热量（不考虑辐射）。

比如对于单相对流传热，通过减薄边界层来强化换热就是为了减小流体的导热热阻。

对于相变对流传热，通过减薄或破坏液膜也是为了减小液膜的导热热阻。

2.（06年一.7）影响外掠管束对流换热表面传热系数h的因素。

答：①管子排数n。

②管间距s1/d,s2/d。

③管束排列方式（叉排还是顺排）。

④流体流动方向与管束轴向夹角θ。

⑤流体的物性。

⑥流体的流速u。

3.（04年一.10）在稳定膜态沸腾过程中，为什么换热系数随Δt增加而迅速上升？答：因为此时Δt>200℃，在加热表面上形成了稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规则地排离膜层，再加上此时壁面温度远高于液体饱和温度，汽膜内有不能忽略的辐射传热，所以换热强度又进一步提高，换热系数随Δt增加而迅速上升。

传热学（一）第一部分选择题1. 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2. 下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响 ?( )A. 雷诺数B. 雷利数C. 普朗特数D. 努谢尔特数3. 单位面积的导热热阻单位为 ( )A. B. C. D.4. 绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 ( ) 自然对流。

A. 小于B. 等于C. 大于D. 无法比较5. 对流换热系数为 100 、温度为 20 ℃的空气流经 50 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为（）A. B. C. D.6. 流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热，如果流速等条件相同，则（）A. 粗管和细管的相同B. 粗管内的大C. 细管内的大D. 无法比较7. 在相同的进出口温度条件下，逆流和顺流的平均温差的关系为（）A. 逆流大于顺流B. 顺流大于逆流C. 两者相等D. 无法比较8. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的（）A. 有效辐射B. 辐射力C. 反射辐射D. 黑度9. （）是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。

A. 灰体B. 磨光玻璃C. 涂料D. 黑体10. 削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，而遮热板表面的黑度应（）A. 大一点好B. 小一点好C. 大、小都一样D. 无法判断第二部分非选择题•填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）11. 如果温度场随时间变化，则为。

12. 一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时。

13. 导热微分方程式的主要作用是确定。

14. 当 d 50 时，要考虑入口段对整个管道平均对流换热系数的影响。

15. 一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时。

16. 膜状凝结时对流换热系数珠状凝结。

17. 普朗克定律揭示了按波长和温度的分布规律。

18. 角系数仅与因素有关。

19. 已知某大平壁的厚度为 15mm ，材料导热系数为 0.15 ，壁面两侧的温度差为 150 ℃，则通过该平壁导热的热流密度为。

传热学考试题（含参考答案）一、单选题（共50题，每题1分，共50分）1、当壳体和管速之间温度大于50℃时，考虑热补偿，列管换热器应选用( )A、浮头式B、套管式C、固定管板式正确答案：A2、夹套式换热器的优点是( )。

A、传热系数大B、构造筒单，价格低廉，不占器内有效容积C、传热量小D、传热面积大正确答案：B3、换热器中换热管与管板不采用( )连接方式A、胀焊B、焊接C、胀接D、螺纹正确答案：D4、工业生产中，沸腾传热应设法保持在( )A、膜状沸腾区B、自然对流区C、核状沸腾区D、过渡区正确答案：C5、NPSHr表示离心泵( )。

A、吸入口管路进入泵进口处的最小流量B、不发生汽蚀时，泵进口处需要有超过汽化压力还有的富余能量C、吸入口管路可给予的泵进口处超过汽化压力的富余能量正确答案：B6、中压废热锅炉的蒸汽压力为( )A、4.0～10B、4.0～12MPaC、1.4～4.3D、1.4～3.9正确答案：D7、按照离心泵完好标准，轻石脑油返输用离心泵机械密封允许泄漏量( )。

A、允许每分钟10滴B、允许每分钟15滴C、允许每分钟5滴D、比液化气的允许泄漏量多5滴正确答案：A8、会引起列管式换热器冷物料出口温度下降的事故有 ( )A、正常操作时，冷物料进口管堵B、冷物料泵坏C、热物料泵坏D、热物料流量太大正确答案：C9、反应物流经床层时，单位质量催化剂在单位时间内所获得目的产物量称为( )A、催化剂选择性B、空速C、催化剂负荷D、催化剂空时收率正确答案：D10、关于采用贯通吹扫法进行工艺管道的吹扫时，下列说法正确的是( )A、先吹支管道，然后吹扫主管道B、先吹扫主管道，然后吹扫支管道C、使所有管道同时排放D、吹扫没有先后顺序正确答案：B11、总转化率的大小说明新鲜原料最终( )的高低.A、反应速度B、反应深度C、反应时间.正确答案：B12、下列不能用作工程塑料的是( )。

A、聚氯乙烯B、聚甲醛C、聚碳酸酯D、聚酰胺正确答案：A13、关于分离冷区的节能措施，下列说法错误的是( )A、加强保温、减少冷损失B、合理匹配热交换，尽量使冷热物料在高温差下换热，以提高换热效率C、采用高效填料塔提高塔分离效率D、充分回收火炬气正确答案：B14、碱洗塔水洗段的主要作用是( )A、洗涤裂解气中的苯B、涤裂解气中夹带的碱液C、洗涤裂解气中二氧化碳D、洗涤裂解气中的硫化氢正确答案：B15、下列哪个选项不是列管换热器的主要构成部件( )A、封头B、管束C、外壳D、蛇管正确答案：D16、在换热器的操作中，不需做的是( )A、定期更换两流体的流动途径B、定期分析流体的成分，以确定有无内漏C、投产时，先预热，后加热D、定期排放不凝性气体，定期清洗正确答案：A17、关于重大事故的处理原则，下列表述错误的是( )A、可以就地排放油和气体，防止发生着火爆炸等恶性事故B、不跑、冒、滴、漏，不超温、超压、窜压C、事故判断要及时准确、动作迅速，请示汇报要及时，相互联系要及时D、注意保护催化剂及设备正确答案：A18、在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的( )在工程上可行A、提高蒸气流速B、提高空气流速C、在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积D、采用过热蒸气以提高蒸气温度正确答案：B19、列管换热器中下列流体宜走壳程的是( )A、腐蚀性的流体B、不洁净或易结垢的流体C、被冷却的流体D、压力高的流体正确答案：C20、新氢中的惰性气体含量大小对加氢裂化过程( )A、不利B、无影响C、有利正确答案：A21、低温泵的气相平衡线的作用是防止泵的( )。

2-1首先对铝导线进行分析求出铝导线的温度场，这是一个一维稳态有内热源的问题 在圆柱坐标系中建立其导热微分方程得10v d dt r q λ⎛⎫⎪⎝⎭+= (2.1)其中λ按常物性处理解导热微分方程得212ln 4v q t r c r c λ=-++ (2.2)把边界条件带入上式求解两个常数0r =，0tr∂=∂求得10c =，所以（2.2）式变为224v qt r c λ=-+(2.3)r R =，w t t =求得224v w q c t R λ=+(2.4)铝导线内温度场为()224v w q t t R r λ=+- (2.5)铝导线单位长度发热量： 222l v I Q q R R ρππ==，所以224v I q Rρπ=横截面积2A R π=，所以0.977R mm ===， 1.954D mm =1R R =为裸线直径；2R 为塑胶线的外径对于裸线：()12l w f Q h t t R π=-(2.6)12lw f Q t t h R π=+(2.7)把（2.7）式带入（2.5）式得()2211124l v f Q qt t R r h R πλ=++-(2.8)把lQ 、vq 带入得（2.8）式得()22221232411124f I I t t R r h R R ρρπλπ=++- (2.9)对于塑胶线：21221122ln w fl D D h R t t Q πλπ-=+ (2.10)222111ln 22w f l D t t Q h R D ππλ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭(2.11)把lQ 代入得222122111ln 22w f D I t t R h R D ρπππλ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭(2.12)把（2.12）式带入（2.5）式得 ()2222121221111ln 224v f q D I t t R r R h R D ρπππλλ⎛⎫=+++- ⎪⎝⎭即()2222212412211111ln 224f D I I t t R r R h R D R ρρπππλλπ⎛⎫=+++- ⎪⎝⎭ (2.13)设导线内部0r =时温度为0t ，根据题目要求导线内部最高温度与环境温度的温差不得超过 80℃，即080f t t -=℃时通过导线的电流取到最大值。

7-4，常物性流体在两无限大平行平板之间作稳态层流流动，下板静止不动，上板在外力作用下以恒定速度U 运动，试推导连续性方程和动量方程。

解：按照题意0,0=∂∂=∂∂=xv y v v 故连续性方程0=∂∂+∂∂yv x u 可简化为0=∂∂xu因流体是常物性，不可压缩的，N-S 方程为 x 方向：)(12222yu x u v y p F y u v x u u x ∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂ρρ 可简化为022=∂∂+∂∂-yv x p F x ηy 方向)(12222yv x v v y p F y v v x v u y ∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂ρρ 可简化为0=∂∂=ypF y8-3，试证明，流体外掠平壁层流边界层换热的局部努赛尔特数为12121Re Prx Nu r =证明：适用于外掠平板的层流边界层的能量方程22t t t u v a x y y∂∂∂+=∂∂∂ 常壁温边界条件为0w y t t y ∞==→∞时，时，t=t引入量纲一的温度wwt t t t ∞-Θ=-则上述能量方程变为22u v a x y y∂Θ∂Θ∂Θ+=∂∂∂引入相似变量12Re ()y yx x ηδ===有11()(()22x x xηηηηη∂Θ∂Θ∂''==Θ-=-Θ∂∂∂()y y ηηη∂Θ∂Θ∂'==∂∂∂；22()U y x ηυ∞∂Θ''=Θ∂ 将上三式和流函数表示的速度代入边界层能量方程，得到1Pr 02f '''Θ+Θ=当Pr1时，速度边界层厚度远小于温度边界层厚度，可近似认为温度边界层内速度为主流速度，即1,f f η'==，则由上式可得Pr ()2d f d η''Θ'=-'Θ，求解可得 11()()Pr 2Pr(0)()erf ηηπΘ='Θ=则12120.564RePrx xNu =8-4，求证，常物性不可压缩流体，对于层流边界层的二维滞止流动，其局部努赛尔特数满足10.4220.57Re Pr x Nu =⋅证明：对于题中所给情况，能量方程可表示为22u v x y yθθθα∂∂∂+=∂∂∂其中，,,()u v y x ψψψθθηθ∂∂==-===∂∂ 故上式可转化为Pr02θζθ'''+⋅⋅= 经两次积分，得到0000Pr [exp()]2()Pr [exp()]2d d d d ημμζηηθμζηη∞-=-⎰⎰⎰⎰ 定义表面传热系数s x s q h T T ∞=-，则(0)q '= 进一步，进行无量纲化处理，引入局部努赛尔特数12(0)Re x x x h x Nu k ⋅'===其中1200Re (0)Pr [exp()]2x d d μθζηη∞'=-⎰⎰ 针对层流边界层的条件，查由埃克特给出的计算表如下：不同Pr 数下，常物性层流边界层，12Re x Nu -⋅的值故可看出，12Re x Nu -⋅=常数，进而，12()=x h xu k υ-∞⋅=1常数C ，由1m u C x ∞=⋅，得11212m C kh xυ-=⋅对于二维滞止流，m=1，则h 也为常数，从x=0到x 处的平均热导率h m 定义为1xm h hdx x =⎰故11112212120121m m x m C k C k h x dx x x m υυ--=⋅=⋅⋅+⎰， 则21m h h m =+，由此可看出， 在m=1时，努赛尔特数的近似解可以很好的表示为10.4220.57Re Pr x Nu =⋅ 同样的，我们也可以得到三维滞止流的近似解10.4220.76Re Pr x Nu =⋅9-1，试证明：圆管内充分发展流动的体积流量可表示为： ()0408p p Lr V i -=μπ9-2，常物性不可压缩流体在两平行平板间作层流流动，下板静止，上板以匀速U 运动，板间距为2b ，试证明充分发展流动的速度分布为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=b y b y dx dp b b y U u 2222μ 证：二维流体质量、动量方程0=∂∂+∂∂yvx u ① ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂2222)(y u xu x py u v x u u μρ ②⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂2222)(y v xv y py v v x v u μρ ③ 在充分发展区，截面上只有沿流动方向的速度u 在断面上变化，法向速度v 可以忽略，因此可由方程①得:0=v ,0=∂∂xu④ 将式④代入③得到，0=∂∂yp，表明压力P 只是流动方向x 的函数，即流道断面上压力是均匀一致的进一步由式②得，t cons y udx dp tan 22=∂∂=μ ⑤相应的边界条件：Uu b y u y ====,20,0对⑤积分得：11C y dx dpyu +=∂∂μμ21221C y C y dxdp U ++=μ ddp b b u C μ-=21，02=C ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⇒b y b y dx dp b b y U u 2222μ1. 强迫流动换热如何受热物性影响？答：强迫对流换热与Re 和Pr 有关；加热与对流的粘性系数发生变化。

考试科目：传热学准考证号：得分：一、问答题（每题5分）1．有三层平壁组成的复合壁，已测得各层壁面温度依次为600℃、500℃、300℃、 60℃，在稳态导热情况下，问哪一层热阻最小？2．说明非稳态可以采用集总参数法求解的条件，并说明其物理意义。

3．怎样才能改善热电偶的温度响应特性？4．直管内紊流对流换热中，其他条件相同时，相同的流速或相同的流量条件下粗管和细管的对流换热系数哪个大？有何证据？5．不凝性气体对膜状凝结换热有什么影响？其机理是什么？6．何为灰体？引入灰体概念对计算辐射换热有什么意义？7．试比较黑表面、温射灰表面、重辐射面的有效辐射和本身辐射的关系。

8．举例说明强化单相强制对流换热的基本思想。

9．从传热观点看，为什么暖气片一般都放在窗户下面？10．试说玻璃温室效应的原理。

二、计算题（一、二题每题13分，第三题14分）1．水以2kg/s的流量流过内径为40mm的管子，管内表面的温度保持100℃。

问需要多长的管子才能把水温从25℃加热到75℃。

（比热Cp=4.141kJ/(kg.k),动力粘度μ=547×10-6N.s/㎡,导热系数λ=0.643W/(m·℃),密度 1000kg/ ,Pr=3.56,不需要修正）2.考察一长4m,宽3m的房间,地板和天花板之间的距离为2.5m,房间的四个墙壁是绝热的,由于使用了电阻加热器使地板表面保持均匀温度30℃,天花板的温度为12℃,地板对天花板的角系数为0.29,若所有表面的黑度都为0.9,问地板与天花板间的净辐射热量是多少?墙壁的温度是多少?3.一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行:热流体进口温度t1′=360℃,出口温度t 1″=300℃,冷流体进口温度t2′=30℃ ,出口温度t2″=200℃,热流体的质量流量G1与比热C1的乘积 2500W/℃,传热系数800W/(㎡·℃) .运行一年后发现,在G1C1、冷液体的G2C2及t1′、t1保持不变的情形下，冷流体只能被加热到162℃，而热流体的出口温度则高于300℃，试确定此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。

传热学课程考题库学 校系 别 考试时间 150分钟 专业班号 考试日期 年 月 日 姓 名 学号一、问答题 (42分，每小题7分)1． 图1示出了常物性、有均匀内热源 、二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置，试用热平衡法建立节点0的有限差分方程式（设∆=∆x y ）。

2． 蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种不同的凝结形式？产生不同凝结形式的原因是什么？3． 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光（黄、绿、蓝等）的光谱发射率高”。

你认为这种说法正确吗？为什么？4． 一块厚度为2()δδδ-≤≤x 的大平板，与温度为f t 的流体处于热平衡。

当时间0τ>时，左侧流体温度升高并保持为恒定温度2f t 。

假定平板两侧表面传热系数相同，当0δλ=→h Bi 时，试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温度，画出相应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。

题 号 简 答 题计 算 题总 分123456123得 分•Φx∆y∆10423∞t h ,•Φ图15． 有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。

试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？ 6． 强化空气－水换热器传热的主要途径有哪些，请列出任意三种途径？二、计算题 (58分)1．(18分) 一块大平板，厚度5cm δ=，有内热源•Φ，平板中的一维稳态温度分布为2=+t b cx ，式中o 200C =b ，2200K/m =-c 。

假定平板的导热系数50W/(m K)λ=，试确定：（1） 平板中内热源•Φ之值；（2） 0=x 和δ=x 边界处的热流密度。

2．(15分) 有一圆柱体，如图2所示，表面1温度1550K =T ，发射率10.8ε=，表面2温度2275K =T ，发射率20.4ε=，圆柱面3为绝热表面，角系数3,10.308=X 。

（完整版）传热学试题库含参考答案《传热学》试题库第⼀早⼀、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。

数表⽰复合传热能⼒的⼤⼩。

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 ____________________________ 。

2(单位时间内所传递的热量， W ，单位传热⾯上的热流量， W/m )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。

高等传热学复习题答案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CO2、H2O、N2、O2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CO2和H2O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，。

由贝尔定律可知，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。

13、说明相似理论在对流换热分析中的应用。