传热学模拟试题五一。选择恰当的答案填入空格中（每题 2 分，共 30 分）1. 两壁面之间只有接触的地方才直接导热，在不接触处存在空隙，热量是通过充满空隙的流体的导热、对流和辐射的方式传递的，因而存在传热阻力，称为（ ）。① 接触热阻；②流动热阻；③折合面积热阻；④辐射热阻。2. 单位时间内离开表面的单位面积的总辐射能称为（ ），以 J 表示。包括自身辐射和反射辐射。① 自身辐射；②有效辐射；③投入辐射；④反射辐射。3. 电学的基尔霍夫定律的实质就是（ ）：以节点为系统，节点作为一个点不能蓄热，不会有内部储存能量的增量，也没有对外作功，只有进入系统的总热流量等于 0。① 质量守恒定律；②能量守恒定律；③傅立叶定律；④动量守恒定律。4. （ ）给出了光谱辐射力最大处的波长m随温度变化的规律。可通过在一定温度 T 下对求关于的极值而得到。① 韦伯定理；②维恩位移定律；③维恩定律；④韦达定理。5. 选用穿透比 =0 而吸收比 0 的材料制造一个空腔，空腔壁上开一个小孔，设法使空腔保持一均匀的温度，这时从外边看小孔的视在面就具有黑体的性质，被称为（ ）。① 人工黑体模型；②灰体；③黑体；④透明体6. 膜状凝结时，微量的（ ）会积聚在液膜表面，蒸汽必须依靠质量扩散（传质）通过气膜层才能到达液膜并凝结，从而大幅度提高了传热热阻。① 过热蒸汽；②不凝结气体；③过冷蒸汽；④可溶盐。7. 管槽内流体流动时，（ ）。① 层流，Re<2300，湍流，Re>10000；②层流，Re<23000，湍流，Re>100000；③层流，Re<230，湍流，Re>1000；④层流，Re <23，湍流，Re>100。8. 雷诺准则表示了流体流动过程中（ ）的比较。① 离心力与向心力；②稳定流动力与非稳定流动力；③惯性力与粘性力；④惯性力与彻体力（体积力）。9. 判断两个同类物理现象相似的条件包括：(1) 同名的已定特征数相等（同名准则相等）；(2) 单值性条件相似。其中单值性条件相似包括（ ）。① 充分条件和必要条件；②充分条件；③必要条件；④初始条件、边界条件、几何条件和物理（性质）条件（或称物性条件）。 10. 流体的流动状态是影响对流换热的重要因素之一：（ ）时流体微团沿着主流方向做有秩序的分层流动，而（ ）时流体各部分之间发生剧烈的掺混，导致在其它条件相同时后者有着比前者强烈的换热。① 逆流，顺流；②层流，湍流（紊流）；③对流，错流；④分流，混流。11. 导数（微商）是有限差分（有限差商）的步长趋近于（ ）的结果。所以，当步长（ ）时，用有限差分代替导数误差不会很大，这就是微分方程有限差分方法求解的起源。① 足够小、无限小；②无限小、足够小；③离散点、距离离散点很近；④映射点、距离映射点很近。12. 傅立叶准则是（ ）与使边界上发生的有限大小的热扰动穿过一定厚度的固体层扩散到 l2的面积上所需要的时间之比。① 时间常数；②从边界上开始发生热扰动的时刻起到所计算时刻为止的时间间隔；③使边界上发生的有限大小的热扰动穿过整个导热体所需要的时间；④从边界上开始发生热扰动的时刻起到完成非稳态导热的时刻为止的时间间隔。13. 周期性的非稳态导热过程由于边界条件变化程度与周期不同，可能分为也可能不分（ ）等两个阶段。① 非稳态阶段和稳态阶段；②非正规状况阶段和正规状况阶段；③非周期性阶段和周期性阶段；④非定常阶段和定常阶段。14. 导热微分方程式的解就是温度场中（ ）分布规律的表达式。① 速度；②导热系数；③温度；④热流量。15. 物体发生纯导热时物质内部一定不存在（ ）。① 粒子运动；②电子移动；③晶格振动；④宏观位移。二。回答下列问题（每题 5 分，共 20 分）1. 比较顺流式与逆流式换热器的优缺点，并列出纯顺流或纯逆流式换热器对数平均温差计算式。2. 什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？3. 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的解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？4. 一般说来，金属的导热系数远大于非金属的导热系数，为什么？三。计算题（共 50 分）1. 水以 1.2m/s 的平均流速流过内径为 20mm 的长直管。如果（1）管子壁温为 75℃，水从 20℃加热到 70℃，（2）管子壁温为 15℃，水从 70℃冷却到 20℃，试计算两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。（20 分）水的物性参数表 t ℃ (kg/m3)cp (kJ/(kg℃))102W/(m℃)106 (m2/s)Pr106 kg/(ms)10 999.7 4.183 59.9 1.306 9.52 1306.030 995.7 4.174 61.8 0.805 5.42 801.560 983.1 4.179 65.9 0.478 2.99 469.990 965.32 4.208 68.0 0.326 1.95 314.92. 半径为 0.5 m 的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为 0.8。航天器内电子元件的散热总共为 175W。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。（10 分）3. 内半径 r1，外半径为 r2，长 l 的管子（lr2）（导热系数 K1），其外层包着厚（r3–r2）的保温层（导热系数 K2）见图 5-3。管内为流体（温度 t1），其间的传热系数 h1，保温层外面也是流体（温度 t2），其间的传热系数为 h2时，试求：单位时间内管内流体放给管外流体的热量 Q，再研究 Q 与 r3的函数关系。（20 分） r3 r2 r1 h2 h1 K1 K2 图 5-3 传热学模拟试题五答案一。选择恰当的答案填入空格中（每题 2 分，共 30 分）16. 两壁面之间只有接触的地方才直接导热，在不接触处存在空隙，热量是通过充满空隙的流体的导热、对流和辐射的方式传递的，因而存在传热阻力，称为（ ）。① 接触热阻；②流动热阻；③折合面积热阻；④辐射热阻。17. 单位时间内离开表面的单位面积的总辐射能称为（ ），以 J 表示。包括自身辐射和反射辐射。① 自身辐射；②有效辐射；③投入辐射；④反射辐射。18. 电学的基尔霍夫定律的实质就是（ ）：以节点为系统，节点作为一个点不能蓄热，不会有内部储存能量的增量，也没有对外作功，只有进入系统的总热流量等于 0。① 质量守恒定律；②能量守恒定律；③傅立叶定律；④动量守恒定律。19. （ ）给出了光谱辐射力最大处的波长m随温度变化的规律。可通过在一定温度 T 下对求关于的极值而得到。① 韦伯定理；②维恩位移定律；③维恩定律；④韦达定理。20. 选用穿透比 =0 而吸收比 0 的材料制造一个空腔，空腔壁上开一个小孔，设法使空腔保持一均匀的温度，这时从外边看小孔的视在面就具有黑体的性质，被称为（ ）。① 人工黑体模型；②灰体；③黑体；④透明体21. 膜状凝结时，微量的（ ）会积聚在液膜表面，蒸汽必须依靠质量扩散（传质）通过气膜层才能到达液膜并凝结，从而大幅度提高了传热热阻。① 过热蒸汽；②不凝结气体；③过冷蒸汽；④可溶盐。22. 管槽内流体流动时，（ ）。① 层流，Re<2300，湍流，Re>10000；②层流，Re<23000，湍流，Re>100000；③层流，Re<230，湍流，Re>1000；④层流，Re <23，湍流，Re>100。23. 雷诺准则表示了流体流动过程中（ ）的比较。① 离心力与向心力；②稳定流动力与非稳定流动力；③惯性力与粘性力；④惯性力与彻体力（体积力）。24. 判断两个同类物理现象相似的条件包括：(1) 同名的已定特征数相等（同名准则相等）；(2) 单值性条件相似。其中单值性条件相似包括（ ）。 ① 充分条件和必要条件；②充分条件；③必要条件；④初始条件、边界条件、几何条件和物理（性质）条件（或称物性条件）。25. 流体的流动状态是影响对流换热的重要因素之一：（ ）时流体微团沿着主流方向做有秩序的分层流动，而（ ）时流体各部分之间发生剧烈的掺混，导致在其它条件相同时后者有着比前者强烈的换热。① 逆流，顺流；②层流，湍流（紊流）；③对流，错流；④分流，混流。26. 导数（微商）是有限差分（有限差商）的步长趋近于（ ）的结果。所以，当步长（ ）时，用有限差分代替导数误差不会很大，这就是微分方程有限差分方法求解的起源。① 足够小、无限小；②无限小、足够小；③离散点、距离离散点很近；④映射点、距离映射点很近。27. 傅立叶准则是（ ）与使边界上发生的有限大小的热扰动穿过一定厚度的固体层扩散到 l2的面积上所需要的时间之比。① 时间常数；②从边界上开始发生热扰动的时刻起到所计算时刻为止的时间间隔；③使边界上发生的有限大小的热扰动穿过整个导热体所需要的时间；④从边界上开始发生热扰动的时刻起到完成非稳态导热的时刻为止的时间间隔。28. 周期性的非稳态导热过程由于边界条件变化程度与周期不同，可能分为也可能不分（ ）等两个阶段。① 非稳态阶段和稳态阶段；②非正规状况阶段和正规状况阶段；③非周期性阶段和周期性阶段；④非定常阶段和定常阶段。29. 导热微分方程式的解就是温度场中（ ）分布规律的表达式。① 速度；②导热系数；③温度；④热流量。30. 物体发生纯导热时物质内部一定不存在（ ）。① 粒子运动；②电子移动；③晶格振动；④宏观位移。二。回答下列问题（每题 5 分，共 20 分）5. 比较顺流式与逆流式换热器的优缺点，并列出纯顺流或纯逆流式换热器对数平均温差计算式。答：在相同的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大而顺流的平均温差最小。当传热量和传热系数相同时，逆流需要比较小的传热面积；顺流时冷流体的出口温度 t2"总是低于热流体的出口温度 t1"，而逆流时 t2"却可以大于t1"；逆流换热器冷热流体的最高温度 t1'和 t2"集中于换热器的同一端，使得该处壁温较高，这对工作温度较高的换热器（如过热器）相当不利。6. 什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？ 答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。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的解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？答：用高斯－塞德尔迭代法求解代数方程时不一定可以得到收敛的解。不能得出收敛的解时并不是因为初场的假设不合适而造成的，而是因为迭代公式构造不合适而造成的。迭代公式应采用主对角线占优的形式。8. 一般说来，金属的导热系数远大于非金属的导热系数，为什么？答：金属内部有大量的自由电子可以在金属原子组成的晶格间移动，像导电一样，从而有比较大的导热系数。非金属没有自由电子，仅依靠晶格上的粒子的振动来传递能量，故导热系数小。三。计算题（共 50 分）4. 水以 1.2m/s 的平均流速流过内径为 20mm 的长直管。如果（1）管子壁温为 75℃，水从 20℃加热到 70℃，（2）管子壁温为 15℃，水从 70℃冷却到 20℃，试计算两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。（20 分）水的物性参数表t ℃ (kg/m3)cp (kJ/(kg℃))102W/(m℃)106 (m2/s)Pr106 kg/(ms)10 999.7 4.183 59.9 1.306 9.52 1306.030 995.7 4.174 61.8 0.805 5.42 801.560 983.1 4.179 65.9 0.478 2.99 469.990 965.32 4.208 68.0 0.326 1.95 314.9解：(1) tf= =45℃，tw–tf=75–45=30℃，最好加温度修正。查表可知，75℃时，w= （75–60）+469.9=392.410-6 kg/(ms)45℃时，f= （45–30）+801.5=635.5510-6 kg/(ms)45℃时，f= （45–30）+801.5=635.5510-6 kg/(ms)= （45–30）+995.7=989.4kg/m3，= （45–30）+61.8=63.8510-2W/(mK)，= （45–30）+0.805=0.641510-6 m2/s cp= （45–30）+4174=4.1765kJ/(kgK)，Pr= （45–30）+5.42=4.205长直管意味着不需入口修正和螺旋管修正Re= =37412.3>10000，为旺盛湍流。液体被加热时， =1.054Nu=0.023Re0.8Pr0.4ct=0.02337412.30.84.2050.41.054=196.19h= =6263.44W/(m2K)(2) tf= =45℃，tf–tw=45–15=30℃，最好加温度修正。查表可知，15℃时，w= （15–10）+1306.0=1179.875 10-6 kg/(ms)液体被冷却时， =0.8567Nu=0.023Re0.8Pr0.3ct=0.02337412.30.84.2050.30.8567=159.39h= =5088.68W/(m2K)后者的表面传热系数比前者小。原因：i）Pr 的幂次小；ii）温差修正不一样。机理：前者壁面温度高，近壁处流体粘度小，湍流掺混强烈，换热剧烈；后者壁面温度低，近壁处流体粘度大，湍流掺混受到粘性的抑制而比较弱，换热不如前者强烈。5. 半径为 0.5 m 的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为 0.8。航天器内电子元件的散热总共为 175W。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。（10 分）解：电子元件的发热量＝航天器的辐射散热量，即：=AT4  =187.2K6. 内半径 r1，外半径为 r2，长 l 的管子（lr2）（导热系数 K1），其外层包着厚（r3–r2）的保温层（导热系数 K2）见图 5-3。管内为流体（温度 t1），其间的传热系数 h1，保温层外面也是流体（温度 t2），其间的传热系数为 h2时，试求：单位时间内管内流体放给管外流体的热量 Q，再研究 Q 与 r3的函数关系。（20 分） r3 r2 r1 h2 h1 K1 K2 图 5-3 解：依题意，为无内热源、常物性、柱坐标下一维圆筒壁稳态导热。按多层圆筒壁的传热过程计算Q()=令 =0，则有 =0显然其中 =0，所以当 r3= 时，Q 取得极值。当 r3< 时， >0，即Q 随 r3增大而增大；反之，Q 随 r3增大而减小。一般地，K2的数量级为 10–2，h2的数量级为 101，r3的数量级为 10–1，所以，Q 随 r3增大而减小。