同济大学传热学试卷题库

一、是非题
1.傅里叶定律既适应于稳态导热，也适用于非稳态导热。

对
2.空间某一点处温度沿空间的最大变化率称为温度梯度。

错
3.q⃑=−λgrad(t)=−λðt
ðn
n⃑⃑所表示的傅里叶定律只适用于各向同性物体的导热，而不适用于各向异性物体的导热。

对
4.工程上经常将材料导热系数随温度的变化关系表示成线性函数λ=λ0(1+bt)，式中λ0是0℃时材料的导热系数。

错
5.无内热源物体的稳态导热方程可表示成ð2t
ð2x
+ð2t
ð2y
+ð2t
ð2z
=0,方程中不涉及材料的导
热系数，所以稳态导热时材料的导热系数大小不影响材料中稳态温度分布和导热量的大小。

错
6.虽然导热微分方程ð
τ
=a(ð2t
ð2x
+ð2t
ð2y
+ð2t
ð2z
)+q
ρc p
方程中不涉及材料的导热系数λ，所以
稳态导热时材料的导热系数大小不影响材料中稳态温度分布和导热量的大小。

错
7. 常物性一维稳态导热问题，如给定两个边界条件，则问题就有确定解。

错
8. 炉墙平壁用两层保温材料保温，两种材料的导热系数为λ1和λ2（λ1>λ2）。

若将λ2的材料放在炉墙内侧，则保温效果要好一些。

错
9. 热力管道外用两层保温材料保温，两种材料的导热系数为λ1和λ2（λ1>λ2），厚度为δ1和δ2。

若将λ2的材料放在炉墙内侧，则保温效果要好一些。

对
10. 温度计放置在测温套管内，管内放少许机油，以测量管道中流体的温度。

为了控制测量误差，作如下传热分析。

热量按以下传递路线传给温度计：流体→测温套管外表面→测温套管内表面→机油→温度计感温部分→周围环境。

错
11. 一面绝热的无限大平壁被流体加热（或冷却）过程中，与流体接触表面处平壁的ðt
ðx
最大。

对
12. 一面绝热的无限大平壁被流体加热（或冷却）过程中，与流体接触表面处平壁的xt最大。

对
13. 由牛顿冷却公式thFQ 可知，换热量Q与换热温差t成正比。

错
14. 一般地讲，对于同一种流体，自然对流时的对流换热系数要小于强制对流换热系数。

对
15.管内强制对流换热时，流速增加，对流换热系数就会增加。

对
16.同一流体，有相变时的对流换热系数比无相变时的对流换热系数要大得多。

对
17.在相同的流动和换热壁面条件下，导热系数较大的流体，对流换热系数就较小。

错
18.从本质上讲，对流换热是由贴附在换热面上的一层流体通过导热的方式将热量传到流体中去，或由流体传至换热表面。

所以，对流换热就是一种导热，而与流体的运动状况无关。

错
19. 研究流体运动时热量传递过程的能量微分方程是牛顿力学第二定律应用于流体微团儿
导出的。

错
20. 研究流体运动规律的动量微分方程是牛顿力学第二定律应用于流体微团儿导出的。

对
21.在锅炉换热的模型试验中，可以用空气代替烟气，以便简化试验过程，减少试验费用。

对
22. 由对流换热微分方程ℎx=−
λ
(t w−t f)
x
(ðt x
ðn
)
w
可知，在壁面温度t w和流体温度t f一
定的情况下，局部对流换热系数ℎx与流体速度无关。

错
23.流体在无扰动情况下纵掠平板，层流边界层中垂直于流动方向流体的分速度为零。

错
24.一根长L外径d（L>>d）的不锈钢管，放置在静止的空气中，管内用电加热，功率恒定，空气温度也恒定。

在这种情况下，管子竖置时管壁平均温度比横置时要高。

对
25.由于边界层厚度沿壁面逐渐增加，所以流体沿竖直壁面自然对流换热时，管子越长，对流换热系数就越小。

错
26.蒸汽流速增加，不一定能使换热面上凝结换热系数增加。

对
27.相同条件下，同一流体的珠状凝结换热系数要大于其膜状凝结换热系数。

对
28.在压力和加热面温度相同的情况下，管内强制对流换热时的饱和沸腾换热系数要大于大空间饱和沸腾换热系数。

对
29.黑体的绝对温度增加一倍，其总辐射力增加16倍，而特定波长的单色辐射力也增加
16倍。

错
30.材料A和B的单色发射率ελ随波长λ变化关系（A为减小，B为增加），则A和B温度升高时，它们的黑度（发射率）ε分别增大和减小。

对
31.有一固体（灰体），其发射率ε=0.1，则其吸收率α=0.9。

错
32.加热钢锭的过程中，其颜色随温度升高而变化，颜色变化顺序为：黑→暗红→红→橙黄→白。

对
33.物体辐射某一波长辐射能的能力越强，其吸收这一波长辐射能的能力也越强。

对
34.物体的辐射能力越强，其吸收能力也越强。

通俗地讲，善于发射必善于吸收。

错
35.同一温度下对于同一波长的辐射能，物体的单色吸收率与单色发射率相等，即αλ=ελ。

对
36.兰贝特定律（定向辐射定律）不仅适用于黑体，也适用于其它漫射辐射的非黑体。

对
37.两表面的温度相同时，两者的辐射换热量就均等于零。

错
38.两表面的温度相同，则两者间的净辐射换热量就均等于零。

对
39.当两个灰表面组成封闭辐射换热系统时，表面发出的能量是E b1F1，到达表面2的能量为
E b1F1X1,2。

同理，表面2发出的到达表面1 的能量为E b2F2X2,1。

从而，两表面间的净辐射换热量为Q1,2=E b1F1X1,2−E b2F2X2,1。

错
40.半为R的两个灰表面圆盘平行放置，则两表面间的辐射换热量为Q1,2=σ0（T14−T24）
1−ε1 F1ε1+1
F1X1,2
+1−ε2
F2ε2。

错
41.工程上常采用遮热板来减小辐射传热量。

遮热板的黑度（发射率）越小，层数越多，则隔热效果越好。

对
42气体的黑度（发射率）均为0。

错
43.气体辐射的两个基本特点是：一是对波长具有选择性；二是辐射和吸收发生在气体的整个容积内。

对
44.气温在0℃以上，草地上就不会结霜，即使会也会被空气加热而融化。

错
45.太阳能集热器表面应涂黑色，而辐射采暖板表面应涂白色。

对
46.金属的导热性能一定强于非金属。

错
47.为增强传热，换热器一般采用顺流布置。

错
48.加散热肋片一定能增强传热。

错
49.增强凝结换热的关键是增加液膜厚度，并促成膜状凝结。

错
50.在管内和管外加干扰物如金属丝、麻花铁等能增强对流传热。

对
51.蒸发器、冷凝器是混合式换热器。

错
52.对流换热与流态没有关系。

错
53.平面、凸面对自身的角系数等于0。

对
54.热边界层越厚，对流换热越强。

错
55.当室温、人体表面温度、对流换热系数、发射率都一样时，夏天人站在房间内与冬天人站在房间内的散热也是一样的。

错
56.管道越短，进口段所占比例越大，对流换热越强。

对
二、填空题
1、角系数仅与几何因素有关。

2、普朗克定律揭示了黑体单色辐射力按波长和温度的分布规律。

3、膜状凝结时对流换热系数小于珠状凝结。

4、如果温度场随时间变化，则为非稳态温度场。

5、一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时强。

6、导热微分方程式的主要作用是确定导热体内的温度分布（温度分布或温度场）。

7、当L/d小于或“〈”50 时，要考虑入口段对整个管道平均对流换热系数的影响。

8、已知某大平壁的厚度为15mm ，材料导热系数为0.15W/(m∙K)，壁面两侧的温度差为150 ℃，则通过该平壁导热的热流密度为q=Δt/δ/λ= 0.15*150/0.015=1500w/m2)。

9、已知某流体流过固体壁面时被加热，并且αc=500W/(m∙K)，q=20kW/m2流体平均温度为40 ℃，则壁面温度为q=αc(t w−t f)=80℃。

10、一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时小（或低）。

11、已知某大平壁的厚度为10mm ，材料导热系数为45W/(m.K) ，则通过该平壁单位导热面积的导热热阻为δ/λ=2.22*104。

12、已知某换热壁面的污垢热阻为0.0003(m2k)/W，若该换热壁面刚投入运行时的传热系数为340W/(m2k)，则该换热壁面有污垢时的传热系数k+1/Rc=308.5 W/(m2k)。

13、采用小管径的管子是强化对流换热的一种措施。

14、壁温接近换热系数较大一侧流体的温度。

15、研究对流换热的主要任务是求解对流换热系数，进而确定对流换热的热流量。

16、热对流时，能量与质量（或物质）同时转移。

17、导热系数的大小表征物质导热能力的强弱。

18、一般情况下气体的对流换热系数小于液体的对流换热系数。

19、在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大。

20、黑体是在相同温度下辐射能力最强的物体。

21、在一台顺流式的换热器中，已知热流体的进出口温度分别为180℃和100℃，冷流体的进出口温度分别为40℃和80℃，则对数平均温差为120/ln140/20=61.7 ℃。

22、已知一灰体表面的温度为127℃，黑度为0.5，则辐射力为0.5×1274=725.76w/m2。

23、为了达到降低壁温的目的，肋片应装在冷流体一侧。

24、灰体就是吸收率与波长（或λ）无关的物体。

25、冬季室内暖气壁面与附近空气之间的换热属于复合换热。

26、传热系数的物理意义是指冷热流体（热流体和冷流体）或间温度差为１℃（或1K ）时的传热热流密度。

27、黑度是表明物体辐射能力强弱的一个物理量。

28、肋效率为肋壁实际散热量与肋壁侧温度均为肋基温度时的理想散热量之比。

29、在一个传热过程中，当壁面两侧换热热阻相差较多时，增大换热热阻较大（或大、或较高）一侧的换热系数对于提高传热系数最有效。

30、导热系数是由式λ=−q ðt ðn ∙n ⃑⃑定义的，式中符号q 表示沿n 方向的热流密度，ðt ðn 是物体
温度沿n 方向的变化率。

31、可以采用集总参数法的物体，其内部的温度变化与坐标无关。

32、温度边界层越厚，则对流换热系数越小，为了强化传热，应使温度边界层越薄越好。

33、凝结换热的两种形式是珠状凝结和膜状凝结。

34、保温材料是指导热系数小的材料。

35、Pr （普朗特数）即P r =υa ，它表征了动量扩散厚度（流动边界层）与能量扩散厚度（热
边界层厚度）的相对大小。

36、热辐射是依靠电磁波传递能量的，它可以在真空进行。

37、同一温度下黑体的辐射能力最强、吸收能力最强。

38、热水瓶的双层玻璃中抽真空是为了减小对流换热。

39、换热器传热计算的两种方法是平均温差法和效能-传热单元数法。

40、Re （雷诺数）即ud/v ，表征动量微分方程式惯性项与黏带力项相对大小
41、Pe 即Re Pr= UL/α表征。

42、Gr （格拉晓夫数）即G r =gαΔtl 3
γ，表征表示浮升力与粘性力的相对大小。

43、按照导热机理，水的气、液、固三种状态中汽状态下的导热系数最小。

44、热扩散率ａ=λ/(ρсp)是表征物体传递温度变化的能力的物理量。

45、雪对可见光的吸收能力比对红外线的吸收能力低。

46、导热系数是物性参数，它取决于物质的种类和热力状态（即温度、压力）。

47、导热的第三类边界条件是指已知物体表面与周围介质之间的换热情况。

48、影响对流换热的主要因素有流动状态、流动起因、流体物性、流体相变情况和几何因素。

49、凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中珠状凝结比膜状凝结换热有较大的换热强度，工程上常用的是膜状凝结。

50、某燃煤电站过热器中，烟气向管壁换热的辐射换热系数为20 W/(m2.K)，对流换热系数为40W/(m2.K)，其复合换热系数为20 。

51、气体辐射具有2个特点：(1) 对波长有选择性；(2) 在整个容积中进行。

52、已知某大平壁的厚度为15mm ，材料导热系数为0.15W/(m.K)，壁面两侧的温度差为150℃，则通过该平壁导热的热流密度为q=λΔt/δ。

53、导热微分方程及其单值性条件可以完整地描述一个具体的导热问题。

54、表面辐射热阻应用于灰漫表面（或灰表面）辐射换热计算，其值可用数学式表示为
1−εεF
55、导热的第一类边界条件是已知任何时刻物体边界面上的温度值。

56、导热的第二类边界条件是已知任何时刻物体边界面上的热流密度。

三、简答题
1、简述非稳态导热的基本特点
（1）随着导热过程的进行, 导热体内温度不断变化, 好象温度会从物体的一部分逐渐向另一部分转播一样,习惯上称为导温现象。

这在稳态导热中是不存在的。

（2）非稳态导热过程中导热体自身参与吸热（或放热），即导热体有储热现象，所以即使对通过平壁的非稳态导热来说，在与热流方向相垂直的不同截面上的热流量也是处处不等的，而在一维稳态导热中通过各层的热流量是相等的。

（3）非稳态导热过程中的温度梯度及两侧壁温差远大于稳态导热。

2、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？
（1）对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径。

（2）平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因为增加了一项导热热阻，从而增大了总热阻，达到削弱传热的目的。

（3）圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有可能减小，也有可能增大。

3、不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值？其影响程度如何？凝汽器如何解决这个问题？
（1）因在工业凝汽器设备的凝结温度下，蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的，故称这些气体成分为不凝结气体。

当蒸汽凝结时，不凝结气体聚积在液膜附近，形成不凝结气体层，远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过这个气体层，这就使凝结
换热过程增加了一个热阻，即气相热阻，所以αc降低。

（2）在一般冷凝温差下，当不凝结气体含量为1% 时，换热系数将只达纯净蒸汽的40% 左右，后果是很严重的。

（3）这是凝汽器必须装设抽气器的主要原因之一。

4、写出直角坐标系中导热微分方程的一般表达式，它是根据什么原理建立起来的？它在导热问题的分析计算中有何作用？
（1）直角坐标系中导热微分方程的一般表达式为：ðt
ðτ
=ð
ðx
(λðt
ðx
)+ð
ðy
(λðt
ðy
)+
ððz (λðt
ðz
)+Φ
ρc
（2）它是根据导热基本定律（或傅里叶定律）和能量守恒定律建立起来的。

（3）作用：确定导热体内的温度分布（或温度场）。

5 、用准则方程式计算管内紊流对流换热系数时，为什么对短管需要进行修(即使用管长修正系数进行修正)。

(1)在入口段，边界层有一个形成的过程，一般由薄变厚。

(2)边界层的变化引起换热系数的变化，一般由大变小，考虑到流型的变化，局部长度上可有波动，但总体上在入口段的换热较强(管长修正系数大于1)。

(3)当l/d>50(或60)时，短管的上述影响可忽略不计。

当l/d<50(或60)时，则必须考虑入口段的影响。

6 、请分析遮热板的原理及其在削弱辐射换热中的作用。

(1)在辐射换热表面之间插入金属(或固体)薄板，称为遮热板。

(2)其原理是，遮热板的存在增大了系统中的辐射换热热阻，使辐射过程的总热阻增大，系统黑度减少，使辐射换热量减少。

(3)遮热板对于削弱辐射换热具有显著作用，如在两个平行辐射表面之间插入一块同黑度的
遮热板，可使辐射换热量减少为原来的1/2，若采用黑度较小的遮热板，则效果更为显著。

7、试用传热学术语说明导热问题常见的三类边界条件。

(a)第一类边界条件：规定了边界上的温度值，即τ>0时，t w=f1(τ)。

)=f2(τ)。

(b)第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值，即τ>0时，−λ(ðt
ðn
(c)第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数及周围流体的温，即τ>0时，−λ(ðt
)=h(t w−t f)。

ðn
2、写出两个同类现象相似的条件。

同名已定特征数相等；单值性条件相似。

3、如何强化膜状凝结换热，试举出一个强化水平管外凝结换热的例子。

强化膜状凝结换热基本原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜厚度；
实现方法：用各种带尖峰的表面使在其上冷凝的液膜减薄，以及使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。

举例：利用沟槽管，使液流在下排过程中分段排泄。

4、写出毕渥数与努塞尔数的定义式，并说明它们的物理意义，比较两者不同之处。

，固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比；
B i=ℎl
λ
N u=ℎlλ，壁面上流体的无量纲温度梯度；
两者不同之处在于：B i里面的为固体导热系数，N u里面的为流体导热系数。

5、用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。

(1)选用导热系数更小的材料作套管；
(2)尽量增加套管高度，并减小壁；
(3)强化套管与流体间的换热；
(4)在储气筒外包以保温材料。

6、窗玻璃对红外线几乎是不透过的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？
窗玻璃对红外线几乎不透过，但对可见光则是可透过的，当隔着玻璃晒太阳时，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在室内，因房间内温度越来越高，从而感到暖和。

1、两滴完全相同的水珠分别落在120℃和400℃的铁板上，哪一滴先气化？说明原因。

落在120℃铁板上的水珠先气化。

因为水珠在120℃铁板上的沸腾属于核态沸腾，换热较强。

在400℃铁板上的沸腾属于膜态沸腾，换热较弱。

2、简述气体辐射的特点。

(1)气体辐射对波长具有选择性。

(2)气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的。

3、速度边界层的概念及如何定义边界层厚度。

这种在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为速度边界层（或流动边界层）通常规定达到主流速度的99%处的距离定义为边界层厚度，记为δ。

4、何为遮热板，指出一个应用遮热板的例子。

遮热板是指插入两个辐射换热表面之间以消弱辐射换热的薄板。

例子：例如用于储存液氮、液氧的容器中多采用多层遮热板并抽真空的方法。

5、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？（以暖气片管内走热水为
例）。

有以下换热环节及传热方式：由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热（强制对流）；由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。

6、简述强化膜状凝结换热的基本原则及实现方法。

(1) 强化膜状凝结换热基本原则：尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜厚度；
(2) 实现方法：用各种带尖峰的表面使在其上冷凝的液膜减薄，以及使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。

7、室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的传热过程中，包含那些传热环节。

热水对流换热→ 管子内壁导热→ 管子外壁对流及辐射→ 室内环境
8、什么是辐射角系数，它有哪些特性。

我们把表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数。

角系数有
（1）相对性
（2）完整性
（3）可加性。

9、在水平加热表面上沸腾（壁面温度可控）时，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是否一定增加?为什么？
不一定。

1分
在过渡沸腾区，因为气泡汇聚覆盖在加热面上，而蒸汽排除过程越趋饿恶化，随着壁面过热度的增加，壁面传热系数反而减小。

10、如何削弱两物体表面间的辐射换热？
(1) 采用减少表面发射率。

(2) 两辐射表面之间安插遮热板。

11、北方深夜季节的清晨，树叶叶面上常常结霜，试问树叶上，下表面的哪一面上容易结霜？为什么？
答：霜会容易接在树叶的上表面，因为树叶上表面朝向太空，而太空表面的温度会低于摄氏零度；下表面朝向地面，而地球表面温度一般在零度以上，相对于下表面来说树叶上表面向外辐射热量较多，温度下降的快，一旦低于零度时会结霜。

7、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？
答：棉被经过晾晒以后，使棉花的空隙里进入更多的空气。

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。