2025年大学能源与动力工程（传热学）试题及答案.doc

2025年大学能源与动力工程（传热学）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共40分）
1. 对流传热的热阻主要集中在（ ）
A. 湍流主体
B. 层流底层
C. 过渡层
D. 整个流体层
答案：B
2. 下列哪种情况下，导热系数不随温度变化（ ）
A. 气体
B. 液体
C. 金属
D. 以上都不对
答案：D
3. 两无限大平板间的辐射传热，若两平板的发射率分别为0.8和0.6，则系统的有效辐射系数为（ ）
A. 0.7
B. 0.72
C. 0.74
D. 0.76
答案：C
4. 当流体流过固体表面时，形成的边界层类型为（ ）
A. 速度边界层和温度边界层
B. 速度边界层和浓度边界层
C. 温度边界层和浓度边界层
D. 以上都有可能
答案：A
5. 傅里叶定律适用于（ ）
A. 稳态导热
B. 非稳态导热
C. 导热与对流同时存在的情况
D. 一切导热过程
答案：D
6. 努塞尔数Nu的表达式为（ ）
A. hL/λ
B. αL/λ
C. kL/λ
D. cL/λ
答案：A
7. 下列哪种材料的导热系数最大（ ）
A. 铜
B. 铝
C. 铁
D. 不锈钢
答案：A
8. 热辐射的基本定律不包括（ ）
A. 普朗克定律
B. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律
C. 基尔霍夫定律
D. 傅里叶定律
答案：D
9. 自然对流换热的准则关联式中，反映流体物性影响的准则是（ ）
A. Nu
B. Gr
C. Pr
D. Re
答案：C
10. 两表面发射率均为ε的平行大平板间的辐射传热系数为（ ）
A. σT^2(1 - ε)/ε
B. σT^2(1 - ε)/2ε
C. σT^2(1 - ε)/3ε
D. σT^2(1 - ε)/4ε
答案：B

第II卷（非选择题 共60分）
11. （10分）简述导热系数的影响因素。
答案：导热系数与材料的种类、温度、湿度、压力等因素有关。一般来说，金属材料的导热系数较大，非金属材料的导热系数较小；温度升高，导热系数增大；湿度增加，导热系数减小；压力对气体的导热系数有影响，对固体和液体影响较小。
12. （10分）推导两无限大平板间辐射传热的计算公式。
答案：设两平板温度分别为T₁、T₂，发射率分别为ε₁、ε₂。有效辐射J₁ = ε₁Eb₁ + (1 - ε₁)G，J₂ = ε₂Eb₂ + (1 - ε₂)G。由辐射平衡J₁ - J₂ = σ(T₁⁴ - T₂⁴)/[1/ε₁ + 1/ε₂ - 1]，其中Eb = σT⁴。
两平板间辐射传热量q = J₁ - J₂。
13. （10分）说明对流换热微分方程组的组成及各项的物理意义。
答案：对流换热微分方程组包括连续性方程、动量方程、能量方程。连续性方程反映流体质量守恒；动量方程描述流体动量变化与作用力的关系；能量方程体现流体能量守恒，包括对流、导热及内热源等引起的能量变化。
14. （15分）有一空气横掠管束的换热器，管束由10排管子组成，每排有20根管子，管子外径d = 20mm，空气来流速度u = 5m/s，空气温度t₁ = 20℃，管壁温度t₀ = 80℃。已知空气在定性温度下的物性参数：ρ = 1.06kg/m³，cₚ = 1.005kJ/(kg·K)，λ = 0.028W/(m·K)，ν = 15.7×10⁻⁶m²/s。试求空气与管束间的对流换热量。
答案：首先计算雷诺数Re = ud/ν = 5×0.02/15.7×10⁻⁶ = 63⅔。
查管束对流换热准则关联式得Nu = 0.27Re⁰.⁶³Pr⁰⁻³⁶。
Pr = cₚμ/λ，计算Pr。
h = Nuλ/d，计算对流换热系数h。
q = hAΔt，A = nπdL，计算换热量q。具体计算略。
15. （15分）一太阳能集热器，平板玻璃盖板的发射率ε₁ = 0.9，请计算其对太阳辐射能的吸收率α₁。已知太阳辐射能的光谱分布近似于T = 5800K的黑体辐射，玻璃盖板可视为透明体，其透过率τ = 0.9。集热器底板发射率ε₂ = 0.8，温度T₂ = 35℃。试计算集热器内表面与盖板间的辐射换热量。
答案：根据基尔霍夫定律α₁ = ε₁。
对于辐射换热计算，有效辐射J₁ = ε₁Eb₁ + (1 - ε₁)G，J₂ = ε₂Eb₂ + (1 - ε₂)G。
Eb₁ = σT₁⁴（太阳温度T₁ = 5800K），Eb₂ = σT₂⁴。
由辐射平衡J₁ - J₂ = σ(T₁⁴ - T₂⁴)/[1/ε₁ + 1/ε₂ - 1]，计算辐射换热量q = J₁ - J₂。具体计算略。