传热学考研真题及答案

2008 传热学考研真题

一、简答

1）一无限大平板，左右两侧的温度固定为t1和t2（t1 > t2），已知平板材料的导热系数为λ=λ0（1+βt）。分别就β>0，β=0和β<0三种情况画出稳态时平板内的温度分布曲线。

2）写出肋效率ηf的定义。对于等截面直肋，肋效率受哪些因素影响？

3）管内强迫对流换热考虑温度修正系数时，为什么液体用粘度（?f）n

?w来修正，而气体用温度（TfT）n 来修正？

w

4）水蒸气在管外凝结换热时，一般将管束水平放置而不竖直放置，为什

么？

5）什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？

6）两块平行平板（表面1、2）置于大厂房内（表面3）。平板背面（表面4、5）也参与换热，试画出辐射换热网络图。

7）采用稳态平板法实验测量物体的平均导热系数时需要测量哪些量？由这些量如何计算材料的导热系数？

8）用热电偶测量炉膛出口的烟气温度，有哪些热量传递方式会引起测温误差？对此可采取哪些措施？

1

二、分析

1）半径为R的长圆柱体，其内部有均匀内热源，强度为?（W/m3 ）。现将柱体置于温度为t∞ 的流体中冷却，表面传热系数为h。试将稳定后柱体的壁面温度用已知条件表示。

2）有一钢管换热

一、 选择题（每题2分，共30分）

（ ）1、 下面那种材料导热系数最大？ )(D

A) 二氧化碳 B) 水 C) 石墨 D) 银

（ ）2、 在高温蒸汽管道外包覆两种不同的保温材料，一种导热系数较小，另一种导热系数稍大，如果包覆的厚度

相同，为减少传热量，以下说法正确的是____(A)_。

A)导热系数较小的材料应包在内层；B)导热系数较大的材料应包在内层； C)如何包覆对换热量没有影响

（ ）3、 需要在蒸汽管道上加装温度计测温套管，套管的位置有a、b两种方式。以__(B)___种布置为好。

A) a B) b C) 两种布置方式一样

(a) (b)

（ ）4、 有两根材料不同，几何尺寸完全相同的等截面直肋A和B，处于相同的换热环境中，

肋基温度均为t0，肋端绝热，它们的表面均被温度为tf、对流换热系数h为常数的流体所冷却。现测得A和B内沿肋高方向的温度分布如图所示，则肋效率η

A) > B) < C) 无法判断

（ ）5、 右图为

传热学第四版课后习题详解

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：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：固体表面温度；

q???dtdtdx，其中，q－热流密度；?－导热系数；dx－沿x方

q?h(tw?tf)，其中，q－热流密度；h－表面传热系数；tw－

4tf－流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：q??T，其中，q－热流密度；?－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

东南大学

二OOO位研究生入学考试题

一．解释下列现象：（本题共25分，每题5分） 1，冰箱里结霜后，耗电量增加;

2, 某厂一条架空敷设的电缆使用时发现绝热层超温，为降温特剥去一层绝热材料，结果发现温度更高。

3， 某办公室由中央空调系统维持室内恒温，人们注意到尽管冬夏两季室内都是20℃，但感觉不同。

4， 大气中的 CO2 含量增加，导致地球温度升高。

5， 同样是-6℃的 气温，在南京比在北京感觉要冷一些。

二．半径为?s 圆球，其热导率（导热系数）为?单位体积发热量为Qr,浸在温度为tf 的 流体中，流体与球表面的对流换热系数为h, 求稳态时，(1) 圆球内的温度分布，(2)当

?s?0.1m,??4.5w/(m?℃), Qv?5000w/m2,h?15w/(m2?℃), tf?20℃时，球内

的最高温度。（本题15分）

三．采用测定铂丝电阻的方法可间接测出横掠铂丝的空气速度。现测得铂丝直径d=0.1mm,

0.3851/3长10mm，电阻为0.2Ω，通过的电流为1.2A,表面温度为200℃,已知?um?0.911Rem，Prm空气的物性参数见下表，求气流的速度u?( 本题15分)

附：空气的物性参数

t℃ ?w/(

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. C. B. 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. C. B. 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

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Nu、Re、Pr、Bi数的表达式，并说明其物理意义。 答：（1）努塞尔(Nusselt)数，Nu?hl?，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。

（2）雷诺(Reynolds)数，Re?

（3）普朗

传热学

摘要：

传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。生成生活中，传热学应用广泛存在。对传热学的研究虽然由来已久，但其任然有着活力，虽然目前在一些行业取得了一定的成功，但是任然任重而道远，特别是当今基础工业，装备行业快速发展的时代犹是如此。

关键词：传热学 温度差 装备

一 传热学的发展

传热现象在我们的日常生活中十分普遍，不管是冬天取暖，还是夏天吹凉，不管是家里烧水，亦或是工厂炼油换热等，所有的这些现象无不包涵着传热学的相关知识。

早在1822年, 傅里叶根据大量的实验观察总结出了著名的导热公式即傅里叶导热定理，并在他的划时代名著—《热的解析理论》中通过严密的数学演绎奠定了现有热传导理论基础。从傅里叶导热定理出发,可以导出多维稳态和瞬态热传导方程[1]。由于对流换热的复杂性,人们更多的是采用实验的方法,其主要思路是利用N一S方程和能量方程,导出一些无量纲参数,利用大量的实验数据,拟合出无量纲数之间的准则关系式,并且根据相似理论,对相似理论进行推广使用来求解。 Prandil观察到对流过程中在贴近壁面处有一蠕动的薄层,大胆提出了边界层理论,使得流体力学基本问题得到解决,对流换热的研究从而进人了理论化阶段。

热传递的三种基本方式

1. 流动边界层

固体壁面附近流体，由于粘性导致速度急剧变化的薄层称为流动边界层（速度边界层）

2. 定性温度

用以确定特征数中流体物性的温度称为定性温度。 3. 灰体

光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。 4. 辐射力 指单位时间、单位面积的辐射表面向半球空间所有方向所发射的全部波长的总能量。

1. 经过白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显，试解释原因。（6分）

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。 2. 写出傅立叶导热定律表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。（6分）

?t答：q???gradt???n

?n其中q是热流密度矢量；?是到导热系数，表示物质导热本领的大小；gradt是 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，负号表示热量沿温度降低的方向传递。

3. 写出努塞尔数Nu与毕渥数Bi表达式并比较异同。（6分）

hlhl答：从形式上看，Nu数（Nu?）与Bi数（Bi?）完全相同，但二者的物

??理

① Nu准则数的表达式为（A ）

② 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 ③ 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

④ 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

⑤ 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

⑥ 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 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

⑧ 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

⑨ 通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位

一、（10分）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?2000x2，式中t的单位为℃，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：

q?Φdt??????(?4000x)?4000?xW/m2 AdxO x t ??50mm t?200?2000x2(2分)

所以墙壁两侧的热流密度：

(2)由导热微分方程

qx?0?4000??0?0W/m2 qx???4000?50?0.05?10000W/m2

d2tqv??0 dx2?(2分) (2分) (2分)

得：

d2tqv???2???(?4000)?4000?50?200000 W/m3

dx(2分)

二、（10分）用热电偶来测量气流的温度，热电偶结点可近似看作圆球，若气流和热电偶结点间的对流表面传热系数h?400W/(m2·K)，比定压热容CP?400 J/(kg·K)，密度??8000kg/m3。

（1）若时间常数为一秒，求热电偶结点的直径？

（2）若将初温为25℃、时间常数为1秒的热电偶放入200℃