第1部分　名校考研真题

第1章　绪　论

一、填空题

1．在热流给定的传热过程中，传热系数增加一倍，冷热流体间的温差是原来的_________。[浙江大学2006、2007研]

【答案】一半

【解析】根据传热方程式，在热流一定的情况下，传热系数增加一倍，由于保持不变，所以冷热流体间的温差是原来的一半。

2．锅炉炉墙外墙与大气间的换热是__________。[浙江大学2006研]

【答案】对流换热

3．在一维稳态传热过程中，每一个换热环节的热阻分别为0.01K/W、5K/W、100K/W，则热阻为________的换热环节上采取强化传热措施效果最好。[浙江大学2006研]

【答案】100K/W

【解析】热阻为100K/W的换热环节在总热阻中占主导地位，它具有改变总热阻的最大潜力。因此，在热阻为100K/W的换热环节上采取强化传热措施效果最好。

二、名词解释

1．对流换热。[东南大学2002研]

答：工程上，把流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流换热。

2．传热系数。[东南大学2002研]

答：传热系数在数值上等于冷、热流体间温差℃、传热面积时热流量的值。它表征传热过程强烈程度。

3．傅里叶定律与斯蒂芬—玻耳兹曼定律。[重庆大学2006研]

答：傅里叶定律指在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量，正比于垂直该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。其数学表达式为式中是垂直于面积的坐标轴。

斯蒂芬—玻耳兹曼定律指黑体辐射正比于绝对温度的四次方。其数学表达式为式中为黑体辐射系数，其值为。

三、简答题

1．比较分析热对流和对流换热的区别和联系。[武汉科技大学2016研；重庆大学2005研]

答：区别和联系：

（1）热对流是由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热能传递现象，热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产生的导热，它是热量传递的基本方式之一。

（2）对流换热是流体流过固体表面并与固体表面进行的热量传递过程，它不是热量传递基本方式，是包含热传导和热对流的复杂传热过程。

2．试指出导热系数λ、对流换热表面传热系数h及传热过程传热系数k的区别。[重庆大学2012研]

答：（1）导热系数λ

在数值上等于单位温度梯度作用下物体内所产生的热流密度矢量模，表达式，单位为W/(m·K)，是表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数。它取决于物质的种类和温度等因素。

（2）对流换热表面传热系数

单位温差作用下的热流密度，表达式，单位为W/(m2·K），表征对流传热的强弱。它不仅取决于物体的物性（导热系数λ、黏度η、密度ρ、比热容c_p等），还与换热表面的形状、大小、布置和流体的流速有关。

（3）传热过程传热系数

热量由固体壁面一侧的流体通过壁面传递到另一侧流体的过程称为传热过程，传热过程中各部分面积热阻之和的系数称为传热系数，表达式（相对于平板两侧的传热），单位为W/(m2·K)。k值越大，则传导过程越强，反之则越小。其大小不仅取决于参与传热过程的两种流体的种类，还与过程本身有关（如流速的大小、是否有相变等）。如果需要计及流体与壁面间的辐射传热，上述计算式中的表面传热系数h₁、h₂应取复合换热表面传热系数，包含由辐射传热折算出来的表面传热系数在内。

3．一名游泳者刚从游泳池上来，其皮肤上有一层水，如果是阴天且有风，试分析其皮肤上所发生的所有传热过程；用传热学知识解释为什么这时会比皮肤完全干时感觉要冷得多？如果正在这时太阳出来了，发生在他身上的传热过程又会怎么样？[重庆大学2012研]

答：（1）其皮肤上所发生的所有传热过程：皮肤与水膜对流换热，水膜导热，水膜外表面与空气的对流换热，还有皮肤对环境的辐射换热。

（2）此时比皮肤完全干时感觉要冷得多的原因：由于空气不饱和使得水膜有较强的蒸发能力，相变换热的表面传热系数比非相变换热系数要高两个数量级，所以这时感觉会比皮肤完全干时要冷得多。

（3）太阳出来后，对水膜和皮肤表面进行辐射时，水的蒸发由太阳辐射补偿，感觉要暖和得多。

4．辐射传热的特点，并写出太阳底下打伞不热的原理。[东南大学2013研]

答：（1）辐射传热的特点

①热辐射无需任何介质，可以在真空中传播；

②在辐射传热过程中，不仅存在能量的转移，还伴随着能量形式的转换；

③辐射传热是一种双向传热过程，即不仅高温物体向低温物体辐射热能，而且低温物体也向高温物体辐射热能；

④物体的发射和吸收特性不仅与自身温度及表面状况有关，而且还随发射的波长和方向而异，因而更复杂。

（2）太阳底下打伞不热的原理：伞起到了遮热板的作用。在太阳对人的辐射传热过程中，打了伞就相当于加了两个表面辐射热阻和一个空间辐射热阻，使辐射过程的总热阻增大，系统黑度减小，大大降低了辐射换热量。

5．对于室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的热量传递过程中，包含哪些传热环节？[华中科技大学2004研]

答：传热环节包括热水与暖气内壁面的对流换热和辐射换热、暖气内壁面与外壁面之间的导热、外壁面与室内空气的对流换热和辐射换热。

6．解释以下现象：某办公室由中央空调系统维持室内恒温，人们注意到尽管冬夏两季室内都是20℃，但感觉却不同。[东南大学2000研]

答：这是因为冬夏两季室外温度不同，在对流传热的作用下，导致冬夏两季墙壁的温度是不同的。考虑辐射换热，人体与墙壁之间进行辐射换热。由于冬天的壁温较低，所以冬天人体与墙壁之间的辐射换热量更大。所以尽管冬夏两季室内都是℃，但人的感觉是不一样的。

7．热阻的定义是什么？给出三种传热模式热阻的表达式。[中国科学院2009研]

答：热阻的定义为温度差与传热功率的比值。

（1）平壁的导热热阻：

（2）对流换热热阻：

（3）辐射换热热阻：

四、计算题

1．用铬镍钢钢板（导热系数）制作内外直径分别为0.5m及0.6m的球罐，里面装满了具有放射性的化学废料，废料体积发热率为q_V＝120kW/m3。将该球罐置于30℃的水流中冷却，假设球罐表面传热系数，试求在稳定工况条件下：

（1）球罐外表面散热量；

（2）球罐外表面温度；

（3）球罐的内表面温度。

球壳导热公式为。[武汉科技大学2016研]

解：（1）球罐的容积为：

总发热热流为：

由牛顿冷却公式可知

（2）球壳的外表温度：

（3）由球壳导热公式可知球壳内表面温度

2．有一个透明的薄膜型加热器件贴在汽车玻璃窗内表面上以消除雾气，通电加热时，玻璃内表面上有均匀热流密度。当车内空气温度为t_f1＝25℃时，表面传热系数为h₁＝9W/(m2·K）。车外环境空气温度为t_f2＝－10℃，表面传热系数为h₂＝65W/(m2·k）。车窗玻璃厚为δ＝4mm，导热系数为λ＝1W/(m·K）。试确定：（1）如果要维持车窗内表面温度为t_w1＝15℃，车窗单位面积所需加热功率q_w是多少？（2）如果不加热，车窗内表面温度又是多少？[重庆大学2013研]

解：（1）加薄膜后，通过车窗的热流密度为

车窗内对流换热的热流密度为

故此时车窗单位面积所需加热功率为

（2）不加薄膜时，通过车窗的热流密度为

此时车窗内对流换热的热流密度为，故此时车窗内表面温度

3．一扇玻璃窗的宽和高分别为W＝1m和H＝2m，厚为5mm，导热系数λ_g＝1.4W/m·K。如果在一个寒冷的冬天，玻璃的内外表面温度分别为15℃和﹣20℃，通过窗户的热损速率是多少？为减少通过传呼的热损，习惯上采用双层玻璃结构，其中相邻的玻璃由空气间隙隔开。如果间隙厚为10mm，且与空气接触的玻璃表面的温度分别为10℃和﹣15℃，通过一个1m×2m的窗户的热损速率是多少？空气的导热系数为λ_a＝0.024 W/m·K。[中国科学院2008研]

解：利用热阻分析法。

（1）单层玻璃结构的情形

单层玻璃的导热面积热阻为