热工试题及答案

一、判断题（每题1分，共20分）：

1、热导率是指单位厚度的物体具有单位温度差时，在它的单位面积上每单位时间的导热量。它表示材料导热能力的大小。 （ ）

2、对流换热表面传热系数是指单位面积上，当流体同壁之间为单位温差，在单位时间内所能传递的热量，它的大小表达了该对流换热过程的强弱。 （ ）

3、热量从壁一侧的低温流体通过壁传给另一侧的高温流体的过程，称为传热过程。 （ ） 4、单位面积上所传递的热量，称为热流密度。 （ ） 6、肋片效率定义为在肋片表面平均tm下，肋片的实际散热量φ与假定整个肋片表面都处在肋基温度to时的理想散热量φ0的比值。 （ ）

7、物体的反射率ρ表示投射的总能量中被吸收的能量所占的份额。 （ ） 9、实际物体的辐射力与黑体的辐射力之比，称为该物体的黑度。 （ ） 10、角系数表示表面发射出的辐射能中直接被另一表面所吸收的辐射能的份额。 （ ） 11、同一时刻，温度场中所有温度的点连接所构成的面叫做等温面。 （ ） 12、两个不同温度的等温面或两条不同温度的等温线绝不会彼此相交。 （ ） 13、温度场随时间变化的导热过程叫做稳态导热。 （ ） 14、彼此相似的现象，它们的同名相似准则必定相等。 （ ） 16、凡波长在0.38～0.76μm范围内的电磁波属可见光。 （ ） 17、如果物体能全部吸收外来射线，即α=1,则这种物体被定义为白体。 （ ） 18、单位时间内，物体向半球空间所发射全波长的总能量称为辐射力。 （ ） 19、温度场是指空间所有各点温度的总称。 （ ） 20、用单位体积单位时间内所发出的热量(W/m)表示内热源的强度。 （ ） 二、填空题（每空1分，共10分）：

1、一厚度为50mm的无限大平壁，其稳态温度分布为t=a+bx℃，式中a=200℃，b=-2000℃/m。若平壁材料导热系数为45W/(m．k)，则平壁两侧表面处的热流密度为q│x＝0=＿＿＿＿W/m；q│x＝0.05=＿＿＿＿W/m。 2、一热电偶的热结点的体积为V，表面积为A，材料的比热容为c，密度为ρ，热电偶与流体之间换热的表面传热系数为h时，热电偶的时间常数τ=＿＿＿＿＿＿＿＿。

4、一黑体表面置于室温为27℃的厂房中，热平衡时，黑体表面的辐射力为＿＿＿＿＿W/m。如将黑体加热到327℃，它的辐射力则变为＿＿＿＿＿＿＿W/m。 三、选择题（每题2分，共10分）：

1、下列哪个选项不是热量传递的基本方式： （ ） A)导热 B)热对流 C)热辐射 D)对流换热

2、将一碗热稀饭置于一盆凉水中冷却。使稀饭凉得更快一些，下列哪种方法最好？( ) A)搅伴碗中的稀饭； B)搅伴盆中的凉水； C)自然冷却

3、如图所示，两漫灰同心圆球壳之间插入一同心辐射遮热球壳，当R3增大时，球壳1和球壳2表面之间的辐射散热量怎样变化？ ( ) A)增大 B)减小 C)不变

2

2

2

2

2

2

3

5、我国国家标准规定：凡平均温度不低于350℃，导热系数不大于0.12 W/(m．k)的材料，称为保温材料。

8、单位时间内，在某给定辐射方向上，在单位立体角内所发射全波长的能量，称为该方向的辐射强度。

15、判别现象是否相似的条件是凡同类现象，单值性条件相似，同名的已定准则相等，现象必定相似。

3、温度为3500K黑体的最大单色辐射力Ebλ,max所对应的峰值波长λmax=＿＿＿μm。

4、如图所示，求X1，2 ＝_____ A)

12 B)

22 C)1 D)0

5、一维无内热源、平壁稳态导热的温度场，则它的导热系数λ将怎样变化？ （ ） A)随着温度t增加而增加 B) 随着温度t增加而减小

C)随着温度t增加而不变 D) 随着温度t增加而不规则变化

第3小题 第4小题 第5小题 四、简答题（每题5分，共10分）：

1、请你简述下列相似准则数Bi,Fo,Pr的名称、定义式及其物理意义。 2、影响对流换热的一般因素有那些？ 五、证明题（5分）：

一个由3个非凹表面（在垂直纸面方向为无限长）构成封闭空腔，三个表面面积各为A1、A2、A3，如图所示。试证明：

X1,2?A1?A2?A3

2A1六、计算题（每题9分，共45分）：

1、由相同材料的细杆组成的十字形结构，如图所示。Ax,Bx,Cx,Dx的长度分别为15mm，10mm，10mm，12mm；Ax,Bx,Cx的横截面积分别为2mm，2.5 mm，3 mm。杆的侧面绝热。稳态时A,B,C,D各点的温度分别为60℃，50℃，40℃和30℃，x点的温度为42℃，试求Dx的截面积。

(提示：利用热平衡方法求解，稳态时，对x点来说，所有进、出的热量代数和应为零)

2、20℃的水以1.32m/s的速度外掠长250mm的平板，壁温tW＝60℃。求x＝250mm处下列各项局部值：δ,δt,Cf,x,hx，并计算全板长的平均传热系数h，全板换热量φ。（W:板宽为1m）

（附加条件：以边界层平均温度为定性温度，tm=(tf+tw)/2=40℃,查得水的物性为：

λ=0.635 W/(m．k);ν=0.659×10m/s;pr=4.31）

3、两块平行放置的平板平面发射率均为0.6，其板间距远小于板的宽度和高度，且两表面温度分别为427℃，27℃。试确定：（1）板1的自身辐射；（2）对板1的投入辐射；（3）板1的反射辐射；（4）板1的有效辐射；（5）板2的有效辐射；（6）板1、2间的辐射热流密度q1,2。

4、数据均已标在如图所示当中，垂直纸面方向为无限长。试计算角系数：X1,2

-62

2

2

2

5、初温为25℃的热电偶被置于温度为250℃的气流中。设热电偶接点可近似看成球形，要使其时间常数?c＝1s，问热电偶的直径

应为多大？忽略热电偶引线的影响，且热接点与气流间的表面传

2

热系数为300 W/(m.K)，热接点材料的物性：λ＝20 W/(m.K)，

3

ρ＝8500kg/m,c＝400J/(kg.K)。如果气流与热接点间存在着辐射换热，且保持热电偶时间常数不变，则对所需热接点直径之值有何影响？

一、判断题（每题1分，共20分）：

1、√ 2、√ 3、× 4、× 5、× 6、√ 7、× 8、× 9、× 10、× 11、× 12、√ 13、× 14、√ 15、√ 16、√ 17、× 18、× 19、× 20、√

二、填空题（每空1分，共10分）：

1、0，9000； 2、

?cV； 3、0.83； 4、459.27，7348.32 hA5、顺排，叉排 S2, S1

三、选择题（每题2分，共10分）：

1、D 2、A 3、 A 4、A 5、B

四、简答题（每题5分，共10分）：

1、答：Bi――毕渥准则数，Bi?hl?，固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比。

Fo――傅里叶准则数，Fo?Pr――普朗特准则数，Pr?a?，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。 2l?cp??，动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一种度量。 ??2、答：影响对流换热的一般因素有：（1）流动的起因和流动状态，（2）流体的热物理性质，

（3）流体的相变，（4）换热表面几何因素。

五、证明题（5分）：

X1,2A1?X1,3A1?A1证明：根据角系数完整性可写出：X2,1A2?X2,3A2?A2(1) （2分 ）

X3,1A3?X3,2A3?A3X1,2A1?X2,1A2根据角系数互换性可写出：X1,3A1?X3,1A3(2) （1分） 1(A1?A2?A3) (1分) 2X2,3A2?X3,2A3将（1）,（2）式得： X1,2A1?X1,3A1?X2,3A2?由（3）、（1）即得。 （1分）

六、计算题（每题9分，共45分）：

1、 利用热平衡方法求解，稳态时，对x点来说，所有进、出的热量代数和应为零，由傅里叶定律：

?Ac,AxtA?txt?tt?tt?t??Ac,BxBx??Ac,CxCx??Ac,DxDx?0 (6分) lAxlBxlCxlDx其中：AC表示细杆截面积，l表示长度。

将AC,AX=2mm，AC,BX=2.5 mm，AC,CX=3 mm;lAx=15mm，lBx=10mm，lCx=10mm，lDx=12mm;

2

2

2

tA=60℃，tB=50℃，tC=40℃,tD=30℃,tx=42℃代入上式，得：AC,DX=3.8 mm （9分）

2

2、 解；

Rex?u?x???11.32?0.255?5.01?100.659?10?62??5.0Rex?x?1.77?10m?12?3?t??pr?13?1.09?10?3m

Cf,x?0.664Rex?9.38?10?4h?2hx?1942W/(m2?K)3、解（1）E1hx?0.332Rex2pr?971W/(m2?K)x??h?tw?tf?A?19420W?113??Eb1?8168W/m2

（2）对板1的投入辐射，即板2的有效辐射J2。

q1,2??1Eb1?Eb2?5638W/m211??1q1,2?J2?Eb21??2?2?2J2?4218W/m2同理：

J1?9855W/m2

2（3）板1的反射辐射q?1?J1?E1?1687W/m (4)

J1?9855W/m2 (5) J2?4218W/m2 (6) q1,2?5638W/m2

X1,2?2XABCD,DE

4、解：由对称性得

AB?CD?40mm,BC?100mm,DE?30mm?AE?104.4mm,BE?122.07mm,BD?107.7mmAD?BE??AE?BD??0.12462ABBC?CE?BEBC?CD?BDXBC,CDE??0.2397XBC,CD??0.1615

2BC2BCXBC,ED?XBC,CDE?XBC,CD?0.0782XAB,DE??XABCD,DEAABCD?AABXAB,DE?ABCXBC,ED?ACDXCD,ED,XCD,ED?0?XABCD,DE?0.0711X1,2?2XABCD,DE?0.1422R?ch??8.82?10?5m 故热电偶直径d?2R?0.529mm

?c35、解：由于热电偶的直径很小，一般满足集总参数法条件，时间常数为

?c??cVhAh?V/A??VA?Biv???0.0013??0.0333故满足集总参数法条件。

?若热接点与气流间存在辐射换热，则总表面传热系数（包括对流和辐射）增加，由?c不变时，可使V/A增加，即热接点直径增加。

?cVhA知，保持?c

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