2004-2007西安建筑科技大学

西安建筑科技大学
2004年招收硕士研究生入学考试试题
考试科目：传热学
一、是非题（8分）
1.导热只能发生在密实的固体中。

2.导热可以发生在固体，液体及气体中。

3.导热只能发生在固体和静置的流体中。

4.导热只能发生在固体和上面温度高，下面低的液体层中。

5.导热微分方程是导热普遍规律的数学描写，所以它对任意形状的内部和边界都适用。

6.只要保证管道外保温层外径大于临界绝缘直径，便可减少热损失。

7.管内受迫对流是，
（1）细管比粗管表面传热系数大； （2）弯管比直管表面传热系数大； （3）短管比长管表面传热系数大；
（4）横截面周长相等的椭圆形管比圆管表面传热系数大； （5）粗糙管比光滑管表面传热系数大；
（6）不论层流与紊流，常壁温边界还是常热流边界，在充分发展段，表面传热系数不沿管长方向变化；
8.一物体与周围介质进行对流换热时，物体的导热系数较小而表面传热系数很大，这时物体的表面温度愈接近介质温度。

9.一表面的有效辐射一定不小于它的本身辐射。

10.玻璃对热射线可视作透明体。

11.在一个封闭的辐射换热体系中，所谓的重辐射面是指净辐射换热量为零的表面。

二、填空题（32分）
1.对大平壁的稳态导热，其导热形状因子S 的计算式为 a
2.壁体材料的热扩散系数越大，则周期性温度波的衰减越 a ；温度波的延迟时间越 b 。

3.两个物理现象相似的条件是 a 。

4.物体岩平板作二维稳态受迫流动换热时，层流边界层厚度x ∂随板长X 的变化关系为 a ，层流边界层的局部表面传热系数x h 随板长X 的变化关系为 b 。

（其中系数可以用常数C 表示）
5.直径1d =100mm ，发射率1ε=.8的管道被直径2d =200mm ，发射率2ε=0.7的管道所包围。

设管长为1m ，此时，管道1的表面辐射热阻为 a ，管道1和2之间的辐射空间热阻为 b 。

6.热管是一种具有很高热传输性能的元件，它集 a 和 b 于一体。

一般，热管是由 c 、 d 和 e 组成的封闭系统。

7.一套管换热器，水从180℃被冷却到120℃，由此、又从8℃0被加热到120℃.则其换热器的效能为 a ，平均温度差为 b 。

三、问答题（44分）
1.（8分）写出壁厚为∂，导热系数为λ，且具有均匀内热热源v q (w /3m )的大平壁稳态导热的数学模型（包括方程组和边界条件）。

已知壁的一侧是绝热，另一侧与温度为f t 的流体接触，表面传热系数为h.
2.(8分)一混凝土槽形楼板可视作带有矩形肋的构件，已知肋高180mm ，肋宽80mm 。

空气对肋壁的对流换热表面传热系数为)./(62K m W ，材料的导热系数为)./(8.0k m W 。

试说明该肋能否按一维处理？ 3、（12分）有人提出管内定壁温层流换热的关联式
()
()
14
.03
133
.033
.0Pr
Re 86.1w f
f
L d Nu
μμ
=。

试说明：（1）该式适用于进口段还是仅适用
于充分发展段？（2）式中的下角码“f ”和“w ”格表示什么？（3）()
3
1L d 和()
14
.0w f μμ项分别用来修正什么影响？（4）定热流时的f Nu 与上式算得的值相比是偏大？偏小？还是相等？
4、（8分）什么是大空间池沸腾的临界热负荷？为什么发热率一定的设备热流通量的设计值应小于临界值？
5、（8分）两个直径相同的球初始温度相同，当他们在某一大房间内收到第三个比它们的温度高的物体照射达到新的稳态后，它们的温度将不一定相同。

试解释原因并说明在什么情况下两球温度相同。

四、计算题（66分） 1、（18分）有一板式换热器装置，在冷流体（空气侧）装有矩形直肋。

已知热流体（蒸汽）侧对流换热表面传热系数()K m W h ⋅=21/12200，1001=f t ℃，211m A =，冷流体（空
气）侧对流换热表面传热系数()K m W h ⋅=2
2/70，402=f t ℃，2'
25.15m A =，
2
"25.0m A =。

肋片效率9.0=f
η
，管子和肋的材料都是铝，且两侧按无垢计算。

求：
（1）肋壁的总效率；
（2）一冷流体侧面积为基准的传热系数； （3）通过肋壁的传热量。

2、（12分）一根直径为3mm 的铜导线，每米长的电阻等于2.223
10
-⨯Ω，导线外包有绝缘
层，厚为1.0mm, 导热系数)/(w 15.0Mk =λ。

若限定绝缘层最高温度为t1=65℃,最低温度为t2= 0℃,试确定在这种条件下，导线中允许通过的最大电流。

3、（18分） 有一辐射换热系统的加热面布置于顶部，底部为受热面。

顶部表面1和底部表面2间隔1 m ，面积均为1m ×1m 。

已知顶面的1ε=0.2，1t =727℃，底面2ε=0.2，
2t =227℃，其余四周的表面温度发射率均相同，为简化计算，可将它视作整体表面3看待，且为绝热的。

试计算:(已知1和2表面之间平均角系数为0.2)
（1），1和2表面之间的净辐射换热量。

（2），表面3的表面温度。

4 ，（18 分）某一管壳式蒸汽冷凝器，由100根长度为2m ，内径为25mm 薄壁管组成。

冷却水在管内的流速为2m/s ，进出口水温分别为10和50℃，管外的凝结表面传热系数为5000)/(2K m W ⋅，冷凝蒸汽饱和压力为0.5 bar(饱和温度为81.3℃)，汽化潜热为2404kj/kg 。

若不考虑两侧污垢热阻，求： （1）,管内流体对流换热表面传热系数; (2),传热系数K ；
（3），冷凝率（单位时间的凝结蒸汽量）
注：管内紊流对流换热准则关系式：Nu=0.023Re
8
.0Pr
4
.0,水的物性：t=30℃,
λ=61.8⨯102-)/(K m W ⋅, v=0.805⨯106-m 2/s ,Pr=5.42
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2005年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题 考试科目：传热学
一、是非题(10分)（√或×）
1、 对流换热包括热对流和导热两种基本方式。

（ ）
2、 对平壁而言，保温层越厚，保温效果越好。

对圆筒壁，情况也是如此。

（ ）
3、 卧式列管式冷凝器，下排水管的平均表面传热系数要比上排管的平均表面传热系数大。

（ ）
4、 任何物体都在不断的发射射线。

（ ）
5、 在冷、热流体进出口温度相同的情况下，逆流的平均温度差总大于顺流。

（ ）
6、 傅立叶定律只适用于稳态导热。

（ ）
7、 通用微分导热方程适用于物体的内部和边界。

（ ）
8、 两个表面间的空间热阻计算式2
,11121X A R =
只对漫射表面使用。

（ ）
9、 空气对热射线可以视为透明体。

（ ）
10、细电线上报的绝缘层具有帮助散热的作用。

（ ）
11、在任何边界条件下，大平壁的导热均可以按直角坐标系中的一维问题处理。

（ ） 12、凝结换热时，蒸汽中的不凝气体将使平均表面传热系数大大下降。

（ ） 13、流体在不同的管内受迫流动，只要Re 和Pr 数相同，则Nu 数相等。

（ ） 14、一个表面的有效辐射一定不小于它的本身辐射。

（ ）
15、对细长管外的凝结换热来说，水平放置比垂直放置好。

（ ） 16、竖壁层流膜状凝结时，壁越高，凝结表面传热系数越大。

（ ）
17、在一个封闭的辐射换热体系中，所谓的重辐射面是指净辐射换热量为零的表面。

（ ） 18、粗糙表面由于流动阻力大时紊流的表面传热系数降低。

（ ） 19、层流与紊流的零界雷诺数是2300。

（ ）
20、管内受迫流动换热，长管的表面传热系数比短管的大。

（ ） 二、名词解释（20分）
1、 受迫流动和自然流动
2、 流动进口段和充分发展段
3、 热辐射和热射线
4、 隔热保温材料
5、 肋片效率和肋片总效率
6、 导热形状因子及适用条件
7、 泡态沸腾和膜态沸腾
8、 瞬态非稳态导热的正常情况阶段 9、 黑体、白体和透明体 10、定向辐射力和辐射强度 三、填空题（20分）
1、材料的导热系数定义为a .物理意义是 b ；热扩散系数定义为 c ，物理定义是 d 。

2、用肋片管式换热器作为空气加热器，空气被水加热，空气应走 a 一侧.
3、对于高Pr 数的油类流体，其热边界层厚度 a ;对于低Pr 数的流体，其热边界层厚度比流动边界层厚度 b 。

4、影响泡态沸腾的两个主要因素是 a 、 b 。

5、气体辐射的两个重要特征是 a 、 b 。

6、某换热器热流体进出口温度分别是300℃和150℃，冷流体进出口温度分别为35℃和85℃。

该换热器顺流时的平均温度差为 a 、效能为 b ；逆流时的平均温度差为 c 、效能为 d 。

7.辐射的平均角系数的三个特性是 a 、 b 、 c 。

8.换热器传热的计算有两种方法： a 、 b 。

四、简答题（36分）
1.（6分）为什么许多高效保温材料都是蜂窝状多孔结构？
2.（6分）把热水倒入以玻璃杯后，立即用手抚摸玻璃杯的外表面时不感到杯子烫手。

但如果用筷子快速搅拌热水，很快就会觉得杯子烫手，试解释这一现象。

3.（6分）遮热板为什么能减少辐射换热？试举几个（两个或以上）应用遮热板的例子。

4.（6分）为什么珠状凝结的表面换热系数比膜状凝结的高?
5.（6分）画出大气压下饱和水大空间沸腾的沸腾曲线，并定性分析表面传热系数随沸腾温差变化的规律。

6.（6分）简述增强传热的基本思想。

五、计算题（64分）
1.（12分）已知壁厚δ=100mm ，材料导热系数=100)/(K m W ⋅，两侧壁温分别为1t =127℃，2t =327℃，稳态导热。

试下列图中三种情况下的q 和
dx
dt 的值（注意必须有正负号）。

2.（8分）试确定下列图中的辐射换热角系数21⋅X 。

（写出简要过程）
3.（20分）一烘箱炉门由两种保温材料构成，B A δδ2=。

已知1.0=A λ)/(K m W ⋅，06.0=B λ)/(K m W ⋅，
烘箱内空气温度400℃，内壁面总表面换热系数为500)/(2K m W ⋅，为安全起见，希望烘箱壁外表面温度不得高于50℃。

设可将其视为一维问题考虑，试求保温材料厚度。

已知环境温度25℃，外表面总表面换热系数为9.5)/(2K m W ⋅。

4.（24分）一卧式蒸汽冷凝器，该冷凝器采用外径为19mm ，厚1mm 的黄铜管32根，采用单流程。

蒸汽在管间从干饱和蒸汽凝结为饱和水，蒸汽饱和温度为113.3℃，凝结侧表面换热系数为8119)/(2K m W ⋅。

冷却水在管内流动，流量为3.5kg/s ，进口温度60℃，要求被加热到90℃。

已知水侧污垢热阻为0.0002()W K m /2⋅，并忽略管壁导热热阻并将其视为平壁。

试求每根管子的管长。

附表一：管内紊流换热准则关联式：4
.08
.0Pr
Re 023.0=Nu ，4
10Re ≥
附表二：水的物性
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2006年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题 考试科目：传热学
一、 名词解释（共5题，每题4分，共20分）
1、 传热系数和表面传热系数
2、 肋片效率和肋壁总效率
3、 膜状凝结和珠状凝结
4、 衰减度和延迟时间
5、 换热器效能和传热单元数
二、填空题（共30个空，每空1分，共30分）
1、 导热形状因子的定义式是 a ；它的适用条件是 b 、 c 。

2、 层流边界层内垂直于流动方向的热量传递主要依靠 a ，沿流动方向的热量传递
主要依靠 b ；紊流边界层内垂直于流动方向的热量传递主要依靠 c ，沿流动方向的热量传递主要依靠 d 。

3、 一漫射微元面的面积211cm A =，其
法
向
的
定
向
辐射为
()
sr m W E n ⋅=2
/5000。

在离开1A 中心为0.5m 的圆周上布置有三个微元面
432A A A 、、，见图1，它们的面积也
为21cm 。

则微元面432A A A 、、所接收到的辐射强度分别为 a 、 b 、 c ；1A 的中心对432A A A 、、所张开的立体角分别为 d 、 e 、 f ；1A 朝对432A A A 、、所发射的辐射能
分别为 g 、 h 、 i 。

4、 瞬态非稳态导热可分为 a 、 b 、 c 三个阶段；
τ
θ
θ∂∂1与时间τ无关是 d
的一个重要特征。

5、 两个物理现象相似的条件是 a 、 b 、 c 。

6、 气体辐射的两个重要特性是 a 、 b 。

7、 为了强化传热，可以通过改变流体的流动状况达到，具体的措施可以是： a 、
b 、
c 。

8、 换热器传热计算有两种方法： a 、 b 。

三、简述题（共6题，每题6分，共36分）
1、 试用傅立叶定律推导空心球的导热热阻。

已知空心球内外径为21d d 、，导热系数
为λ，内外壁面温度为21w w t t 、。

2、 影响对流换热的因素有哪些？
3、 简述不凝性气体影响凝结换热的原因。

4、 光滑圆管内受迫紊流换热可用两个公式来计算：（a ）4
.08.0Pr Re
023.0f
f
f
Nu
=；
（b ）3
.08.0Pr Re
023.0f
f
f
Nu
=。

试说明：（1）两个公式各适用于什么情况？（2）
公式的定型尺寸（包括非圆管道）和定性温度；（3）公式的应用范围（准则范围？
长、短管？值、弯管？）（4）由公式提出增强管内受迫紊流换热的主要途径（至少3条）。

5、 写出兰贝特定律的两个表达式，并说明其物理意义。

6、 在由三个灰表面1A 、2A 、3A 组成的封闭空腔中，3A 为绝热表面。

试说明：(1) 3
A 的有效辐射是否为零？（2）1A 净失去的热量是否等于2A 得到的热量？（3）1A 由凸面改为凹面时，是否会影响1A 的表面热阻？是否会影响1A 与其它表面的空间热阻？
四、计算题（共4题，共64分）
1、（8分）一大平壁厚度为m 25.0=δ，材料的导热系数为λ=0.7)/(K m W ⋅。

壁两侧与流体之间进行对流换热，问当表面传热系数多大时才能把壁体按集总参数法来处理？
2、（20分）某换热器中，冷却水以2m/s 的流速流过直径d=20mm 的长管，已知管内壁平均温度为80℃，欲将水从进口处的20℃加热到出口处的50℃，试计算对对流换热表面传热系数和所需管长。

准则方程：4
.08.0Pr Re
023.0f
f
f
Nu
= （紊流）
()14
.031Pr Re
86.1⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=w
f f f
f
l
d
Nu
μμ （层流）
水的物性
3、（16分）在两块黑度为0.4的平行板之间插入一块黑度为0.04的遮热板，当平行板表面的温度分别为250℃和55℃时，试计算辐射换热量和遮热板温度？并画出网络图。

（不计导热和对流）
4、（20分）传热面积为1.852
m 逆流式换热器，初运行时，热水质量流量为0.12kg/s ，进、出口温度分别为95℃和55℃，冷水进、出口温度分别为25℃和75℃。

在冷、热水质量流量及进口水温不变的情况下，经一段时间运行后发现热水的出口温度只能达到65℃。

试计算这时换热器的实际传热量及污垢热阻。

（水的比热容可取为4.18()K kg kJ ⋅/）
西安建筑科技大学
2007年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题 考试科目：传热学
一、名词解释（共8题，每题4分，共32分） 1、 沸腾的临界热负荷；
2、物理现象相似；
3、定向辐射力及辐射强度；
4、肋壁总效率和肋化系数；
5、自模化现象；
6、导热形状因子；
7、辐射的空间热阻和表面热阻；
8、导热系数和热扩散率；
二、问答题（共8题，每题6分，共48分）
1、平壁与圆管壁材料相同，厚度相同，在两侧表面温度相
同条件下，圆管内表面积等于平壁表面积，如图1所示，
试问哪种情况下导热量大？
2、相同进口温度与速度的冷水在管长、管径一样，管材不同的三根圆管中流动。

三根管子的外表面均受相同压力水蒸气的凝结加热。

三根管子的材质分别为铜、钢与陶瓷。

试问哪根管子传递的热量最多，哪根最少？为什么？
3、试用热平衡方法导出一维、无内热源、常物性、稳态等截面直肋片的导热微分方程及单值性条件。

已知肋片高l,肋厚δ，周长U，截面积A，肋片的导热系数λ。

肋基处温度
t，
肋与周围流体间的表面传热系数h，流体温度
t。

f
4、有一个由三个表面组成的热辐射换热系统，其中一个是绝热的，问该面的温度会不会高于其他两个面的温度，为什么？
5、两块相距不远的大平板中间放置第三块平板可起到减少辐射传热的作用，故称第三块版为遮热板。

问：（1）遮热板的位置移动，不在正中间，遮热效果是否受影响？为什么？（2）如果这热扳两表面的发射率不同，板的朝向会不会影响遮热效果？为什么?(3)如果遮热板是有一定厚度的非金属板，与金属遮热板比较，其遮热效果可能有怎样的变化？
6、有人对圆翼型铸铁暖气片（一根带有许多环肋的园管）提出了如下强化传热的措施：（1）在管内壁加上肋片，在管外壁把现有的肋间距大大缩小；
（2）提高管内热水或蒸汽的流速；
（3）在管外涂上黑漆代替银粉；
（4）降低铸铁管壁的厚度。

试说明上面的措施是否合理？为什么？
7、在大气压下降同样的两滴水滴在表面温度分别为120℃和400℃的锅上，试问滴在那个锅上的水先被烧干？为什么？
8、用导热系数为0.12W/(m.k)的石棉制品给外径为15mm的管道保温，保温层厚度2.5mm。

已知表面对外界的复合换热表面传热系数为12)
W⋅，，则保温后，其单位管长的热
/(2K
m
损失
q是增大还是减小？为什么？
l
三、计算题（共3题，共70分）
1、（18分）热点偶的热结点近似认为是直线0.5mm的球形，热电偶材料的导热系数为398W/（m k）气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数为95W(m2k),试求热电偶的过余温度到初始过余温度的1%时所需的时间为多少？这时热电偶的指示温度为多少？
2、（24分）一水平蒸汽管道外径0.1 m，表面温度16℃，表面发射率0.85，放置于大房间中。

房内的空气温度为20℃，房间内表面温度为20℃.试求每米管长的热损失。

附（1）空气物性：λ=0.0313，v=22.1⨯10-6m2/s,Pr=0.69
( 2 ) 水平圆管外自然对流对流准则方程：Nu=C n
(⋅
Gr Pr)
380℃，300℃；冷流体进口温度分别为30℃，200℃.热流体M1c1=2500W/K,传热系数k=800W/(m2)k⋅.运行一年后发现。

在M1c1,M2c2及t1`,t2`保持不变的情况下，由于表面结垢使得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。