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吉林大学传热学A试题和答案###
一、选择题（本题型共15题，每题1分，共15分）
1.以下哪项不属于热传递的基本方式？（）A.导热B.对流C.辐射D.扩散
2.傅里叶定律的数学表达式是？（）A.\q=-\lambda\Delta t\B.\q=-\lambda\nabla t\C.\q=h\Delta t\D.\q=\sigma T^4\
3.牛顿冷却公式中，\h\表示的物理量是？（）A.导热系数B.对流换热系数C.辐射力D.热流密度
4.在相同条件下，哪种对流换热系数最小？（）A.水强制对流B.空气自然对流C.水蒸气凝结D.机油强制对流
5.斯蒂芬—玻尔兹曼定律描述的是哪种传热方式的热流密度？（）A.导热第1页共11页B.对流C.辐射D.复合
6.平壁稳态导热中，热流密度\q\与壁面两侧温差\\Deltat\的关系是？（）A.成正比B.成反比C.无关D.二次函数关系
7.肋片的主要作用是？（）A.增大散热面积B.减小散热面积C.提高表面温度D.降低表面温度
8.临界热绝缘直径出现在哪种情况？（）A.圆管外敷设保温层时B.平壁外敷设保温层时C.肋片效率最高时D.沸腾换热中
9.大容器饱和沸腾曲线中，哪个区域热流密度随温度差增大而显著增大且达到最大值？（）A.自然对流区B.核态沸腾区C.膜态沸腾区D.过冷沸腾区第2页共11页
10.以下哪种材料的导热系数最大？（）A.金属B.非金属固体C.液体D.气体
11.非稳态导热中，傅里叶数\Fo\的物理意义是？（）A.导热热阻B.时间尺度参数C.温度梯度D.热流密度
12.两个无限大平壁并联导热时，总热阻\R_{\text{total}}\的计算式为？（）A.\R_1+R_2\B.\\frac{1}{\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}}\C.\\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}\D.\R_1=R_2\
13.普朗特数\Pr\的物理意义是？（）A.动量扩散率与热扩散率之比B.热扩散率与动量扩散率之比C.速度边界层厚度与温度边界层厚度之比D.温度边界层厚度与速度边界层厚度之比
14.黑体表面的吸收比\\alpha\为？（）A.0B.1C.
0.5第3页共11页D.不确定
15.珠状凝结与膜状凝结相比，其对流换热系数\h\的关系是？（）A.\h_{\text{珠}}h_{\text{膜}}\B.\h_{\text{珠}}h_{\text{膜}}\C.\h_{\text{珠}}=h_{\text{膜}}\D.无法确定###
二、填空题（本题型共15题，每题1分，共15分）
1.热传递的三种基本方式是________、________、________
2.傅里叶定律的表达式为________，其中\\lambda\称为________，其单位是________
3.牛顿冷却公式的表达式为________，其中\h\称为________，其单位是________
4.斯蒂芬—玻尔兹曼定律的表达式为________，其中\\sigma\称为________，其值为________\\text{W/m}^2\cdot\text{K}^4\text{}\
5.影响对流换热系数\h\的主要因素包括流体的_________、_________、_________、流动状态等
6.肋片效率\\eta_f\的定义式为_________，其值范围是_________（用分数或小数表示）
7.肋片的高度与厚度的比值越大，肋片效率越_________（填“高”或“低”）
8.平壁稳态导热中，热流量\Q\的计算公式为_________，其与热流密度\q\的关系是_________第4页共11页
9.在管外敷设保温层时，若保温层厚度小于临界热绝缘直径，则增加厚度会_________（填“增加”或“减小”热流量；若大于临界直径，则增加厚度_________（填“增加”或“减小”热流量
10.大容器饱和沸腾曲线主要分为自然对流区、_________、_________三个区域
11.半径\r_1=m\、\r_2=m\的同心球壳间填充保温材料，导热热阻\R=\_________
12.热边界层厚度\\delta_t\的定义是_________
13.肋化系数\\phi\的定义是_________
14.非稳态导热中，毕渥数\Bi\的表达式为_________，其物理意义是_________（用文字描述）
15.辐射换热中，角系数\X_{ij}\的定义式为_________###
三、简答题（本题型共8题，每题5分，共40分）
1.简述导热、对流、辐射三种传热方式的物理本质及典型工程应用
2.解释肋片效率的定义及提高肋片效率的主要措施
3.说明大容器饱和沸腾曲线中核态沸腾区的特点及工程应用价值
4.简述热阻的概念，并说明串联热阻与并联热阻的计算规则
5.解释临界热绝缘直径\d_c\的物理意义及工程应用
6.比较傅里叶定律与牛顿冷却公式的适用条件及描述对象的区别
7.说明傅里叶数\Fo\和毕渥数\Bi\的物理意义及工程应用
8.解释辐射角系数的定义、基本性质及工程意义###
四、计算题（本题型共5题，每题10分共50分）
1.一单层平壁厚度\\delta=
0.1\,\text{m}\，导热系数\\lambda=40\,\text{W/m·K}\，壁面两侧温度\t_1=第5页共11页350^\circ\text{C}\、\t_2=50^\circ\text{C}\，面积\A=\\3\,\text{m}^2\，求热流量\Q\和热流密度\q\
2.外径\d=
0.15\,\text{m}\的蒸汽管道，外表面温度\t_w=280^\circ\text{C}\，环境温度\t_\infty=30^\circ\text{C}\，自然对流换热系数\h=6\,\text{W/m}^2\cdot\text{K}\，管道长度\L=15\,\text{m}\，求空气自然对流散热量\Q\若外敷设厚度\\delta=
0.06\,\text{m}\、导热系数\\lambda=
0.04\,\text{W/m·K}\的保温层（临界热绝缘直径\d_c=
0.03\,\text{m}\），求此时散热量\Q\
3.\100^\circ\text{C}\的平壁采用高度\H=
0.2\,\text{m}\、厚度\\delta_f=
0.008\,\text{m}\的肋片强化散热，肋片材料导热系数\\lambda_f=180\,\text{W/m·K}\，周围空气温度\t_\infty=30^\circ\text{C}\，对流换热系数\h=12\,\text{W/m}^2\cdot\text{K}\，肋片效率\\eta_f=
0.9\，求加肋后单位宽度散热量\Q_f\与不加肋时\Q_0\之比
4.三层外墙结构内层保温层\\delta_1=
0.03\,\text{m},\lambda_1=
0.04\,\text{W/m·K}\，墙体主体\\delta_2=
0.25\,\text{m},\lambda_2=
0.7\,\text{W/m·K}\，装饰层\\delta_3=
0.015\,\text{m},\lambda_3=
0.5\,\text{W/m·K}\室内空气温度\t_{\infty1}=25^\circ\text{C},h_1=7\,\text{W/m}^2\cdot\text{K}\，室外\t_{\infty2}=-10^\circ\text{C},h_2=20\,第6页共11页\text{W/m}^2\cdot\text{K}\，求热流密度\q\及总热阻\R_{\text{total}}\
5.温度\T_1=1200\,\text{K}\的黑体球，半径\r_1=
0.2\,\text{m}\，被半径\r_2=
0.3\,\text{m}\的黑体球壳包围，球壳内壁温度\T_2=600\,\text{K}\，求两球间辐射换热量\Q\（\\sigma=
5.67\times10^{-8}\,\text{W/m}^2\cdot\text{K}^4\text{}\）###答案汇总####
一、选择题
1.D
2.B
3.B
4.B
5.C
6.A
7.A
8.A
9.B
10.A
11.B
12.B
13.A
14.B
15.A####
二、填空题第7页共11页
1.导热；对流；辐射
2.\q=-\lambda\nabla t\；导热系数；\\text{W/m·K}\
3.\q=h\Delta t\；对流换热系数；\\text{W/m}^2\cdot\text{K}\
4.\q=\sigma T^4\；斯蒂芬—玻尔兹曼常数；\
5.67\times10^{-8}\
5.流速；温度；有无相变
6.\\eta_f=\frac{Q_f}{Q_0}\（或\\frac{\text{实际散热量}}{\text{最大散热量}}\）；\0\leq\eta_f\leq1\
7.低
8.\Q=\frac{\lambda A\Delta t}{\delta}\；\Q=qA\
9.增加；减小
10.核态沸腾区；膜态沸腾区
11.\\frac{1}{4\pi\lambda}\left\frac{1}{r_1}-\frac{1}{r_2}\right\
12.流体中温度从主流温度\t_\infty\变化到壁面温度\t_w\的区域厚度（过余温度\\theta=t-t_w\达到99%主流过余温度处的距离）
13.肋片总表面积与肋基表面积之比
14.\Bi=\frac{h\delta}{\lambda}\；固体内部导热热阻与外部对流换热热阻之比
15.\X_{ij}=\frac{Q_{ij}}{Q_i}\（或表面\i\发射的辐射能中落到表面\j\上的份额）####
三、简答题第8页共11页
1.导热物体各部分无相对位移时，依靠微观粒子热运动传递能量的方式，如暖气管道散热；对流流体各部分相对位移传递能量，如空调房间空气自然对流；辐射物体通过电磁波传递能量，如太阳能集热器吸收太阳辐射
2.肋片效率肋片实际散热量与假设温度均匀时最大散热量之比；措施采用高导热系数材料、减小肋高、增大肋厚、优化肋片形状
3.特点热流密度随温差增大迅速增大，气泡剧烈扰动流体，热流密度达最大值；应用高效散热场合（如核反应堆冷却系统）
4.热阻\R=\frac{\Delta t}{Q}\，反映传热阻力；串联\R_{\text{total}}=R_1+R_2+\dots\；并联\\frac{1}{R_{\text{total}}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\dots\
5.临界热绝缘直径保温层厚度达此值时散热量最大，继续增加厚度散热量减小；应用避免管道保温过厚导致散热量异常增大
6.傅里叶定律适用于导热，描述热流密度与温度梯度关系；牛顿冷却公式适用于对流，描述热流密度与温差关系；前者对象为导热，后者为对流
7.\Fo=\frac{a\tau}{\delta^2}\非稳态导热发展程度；\Bi=\frac{h\delta}{\lambda}\固体内部与表面换热热阻比；应用判断非稳态导热阶段及集总参数法适用性（\Bi
0.1\）
8.角系数表面\i\发射能中落到表面\j\的份额；性质相对性、完整性、可加性；意义确定辐射换热量分配，用于换热器等设备辐射计算####
四、计算题第9页共11页
1.\Q=\frac{\lambda At_1-t_2}{\delta}=\frac{40\times3\times350-50}{
0.1}=36000\,\text{W}=36\,\text{kW}\；\q=\frac{Q}{A}=12000\,\text{W/m}^2=12\,\text{kW/m}^2\
2.\Q=h At_w-t_\infty=6\times\pi\times
0.15\times15\times280-30=6\times
3.14\times
0.15\times15\times250=
10597.5\,\text{W}\approx
10.6\,\text{kW}\；\Q=\frac{t_w-t_\infty}{\frac{\ln d/d}{2\pi L\lambda}+\frac{1}{h\pi dL}}=\frac{250}{\frac{\ln
0.21/
0.15}{2\pi\times15\times
0.04}+\frac{1}{6\times\pi\times
0.15+2\times
0.06\times15}}\approx
1059.75\,\text{W}\approx
1.06\,\text{kW}\
3.\Q_0=h\delta_f t_1-t_\infty\；\Q_f=\eta_f h\delta_f t_1-t_\infty\；\\phi=\frac{Q_f}{Q_0}=\eta_f=\
0.
94.\R_{\text{total}}=\frac{1}{h_1}+\frac{\delta_1}{\lambda_1}+\frac{\delta_2}{\lambda_2}+\frac{\delta_3}{\lambda_3}+\frac{1}{h_2}=\frac{1}{7}+\frac{
0.03}{
0.04}+\frac{
0.25}{
0.7}+\frac{
0.015}{
0.5}+\frac{1}{20}\approx
0.143+
0.75+
0.357+
0.03+
0.05=
1.34\,\text{m}^2\cdot\text{K/W}\；\q=\frac{t_{\infty1}-t_{\infty2}}{R_{\text{total}}}=\frac{35}{
1.34}\approx
26.1\,\text{W/m}^2\第10页共11页
5.\Q=\sigma A_1T_1^4-T_2^4=
5.67\times10^{-8}\times4\pi r_1^21200^4-600^4=
5.67\times10^{-8}\times4\pi\times
0.04\times
2.0736\times10^{12}-
1.296\times\times10^{11}\approx580160\,\text{W}\approx580\,\text{kW}\第11页共11页。
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