第1部分　名校考研真題

第1章　緒　論

一、填空題

1．在熱流給定的傳熱過程中，傳熱系數增加一倍，冷熱流體間的溫差是原來的_________。[浙江大學2006、2007研]

【答案】一半

【解析】根據傳熱方程式，在熱流一定的情況下，傳熱系數增加一倍，由于保持不變，所以冷熱流體間的溫差是原來的一半。

2．鍋爐爐墻外墻與大氣間的換熱是__________。[浙江大學2006研]

【答案】對流換熱

3．在一維穩態傳熱過程中，每一個換熱環節的熱阻分別為0.01K/W、5K/W、100K/W，則熱阻為________的換熱環節上采取強化傳熱措施效果最好。[浙江大學2006研]

【答案】100K/W

【解析】熱阻為100K/W的換熱環節在總熱阻中占主導地位，它具有改變總熱阻的最大潛力。因此，在熱阻為100K/W的換熱環節上采取強化傳熱措施效果最好。

二、名詞解釋

1．對流換熱。[東南大學2002研]

答：工程上，把流體流過一個物體表面時流體與物體表面間的熱量傳遞過程稱為對流換熱。

2．傳熱系數。[東南大學2002研]

答：傳熱系數在數值上等于冷、熱流體間溫差℃、傳熱面積時熱流量的值。它表征傳熱過程強烈程度。

3．傅里葉定律與斯蒂芬—玻耳茲曼定律。[重慶大學2006研]

答：傅里葉定律指在導熱過程中，單位時間內通過給定截面的導熱量，正比于垂直該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。其數學表達式為式中是垂直于面積的坐標軸。

斯蒂芬—玻耳茲曼定律指黑體輻射正比于絕對溫度的四次方。其數學表達式為式中為黑體輻射系數，其值為。

三、簡答題

1．比較分析熱對流和對流換熱的區別和聯系。[武漢科技大學2016研；重慶大學2005研]

答：區別和聯系：

（1）熱對流是由于流體的宏觀運動使不同溫度的流體相對位移而產生的熱能傳遞現象，熱對流只發生在流體之中，并伴隨有微觀粒子熱運動而產生的導熱，它是熱量傳遞的基本方式之一。

（2）對流換熱是流體流過固體表面并與固體表面進行的熱量傳遞過程，它不是熱量傳遞基本方式，是包含熱傳導和熱對流的復雜傳熱過程。

2．試指出導熱系數λ、對流換熱表面傳熱系數h及傳熱過程傳熱系數k的區別。[重慶大學2012研]

答：（1）導熱系數λ

在數值上等于單位溫度梯度作用下物體內所產生的熱流密度矢量模，表達式，單位為W/(m·K)，是表征材料導熱性能優劣的參數，是一種物性參數。它取決于物質的種類和溫度等因素。

（2）對流換熱表面傳熱系數

單位溫差作用下的熱流密度，表達式，單位為W/(m2·K），表征對流傳熱的強弱。它不僅取決于物體的物性（導熱系數λ、黏度η、密度ρ、比熱容c_p等），還與換熱表面的形狀、大小、布置和流體的流速有關。

（3）傳熱過程傳熱系數

熱量由固體壁面一側的流體通過壁面傳遞到另一側流體的過程稱為傳熱過程，傳熱過程中各部分面積熱阻之和的系數稱為傳熱系數，表達式（相對于平板兩側的傳熱），單位為W/(m2·K)。k值越大，則傳導過程越強，反之則越小。其大小不僅取決于參與傳熱過程的兩種流體的種類，還與過程本身有關（如流速的大小、是否有相變等）。如果需要計及流體與壁面間的輻射傳熱，上述計算式中的表面傳熱系數h₁、h₂應取復合換熱表面傳熱系數，包含由輻射傳熱折算出來的表面傳熱系數在內。

3．一名游泳者剛從游泳池上來，其皮膚上有一層水，如果是陰天且有風，試分析其皮膚上所發生的所有傳熱過程；用傳熱學知識解釋為什么這時會比皮膚完全干時感覺要冷得多？如果正在這時太陽出來了，發生在他身上的傳熱過程又會怎么樣？[重慶大學2012研]

答：（1）其皮膚上所發生的所有傳熱過程：皮膚與水膜對流換熱，水膜導熱，水膜外表面與空氣的對流換熱，還有皮膚對環境的輻射換熱。

（2）此時比皮膚完全干時感覺要冷得多的原因：由于空氣不飽和使得水膜有較強的蒸發能力，相變換熱的表面傳熱系數比非相變換熱系數要高兩個數量級，所以這時感覺會比皮膚完全干時要冷得多。

（3）太陽出來后，對水膜和皮膚表面進行輻射時，水的蒸發由太陽輻射補償，感覺要暖和得多。

4．輻射傳熱的特點，并寫出太陽底下打傘不熱的原理。[東南大學2013研]

答：（1）輻射傳熱的特點

①熱輻射無需任何介質，可以在真空中傳播；

②在輻射傳熱過程中，不僅存在能量的轉移，還伴隨著能量形式的轉換；

③輻射傳熱是一種雙向傳熱過程，即不僅高溫物體向低溫物體輻射熱能，而且低溫物體也向高溫物體輻射熱能；

④物體的發射和吸收特性不僅與自身溫度及表面狀況有關，而且還隨發射的波長和方向而異，因而更復雜。

（2）太陽底下打傘不熱的原理：傘起到了遮熱板的作用。在太陽對人的輻射傳熱過程中，打了傘就相當于加了兩個表面輻射熱阻和一個空間輻射熱阻，使輻射過程的總熱阻增大，系統黑度減小，大大降低了輻射換熱量。

5．對于室內安裝的暖氣設施，試說明從熱水至室內空氣的熱量傳遞過程中，包含哪些傳熱環節？[華中科技大學2004研]

答：傳熱環節包括熱水與暖氣內壁面的對流換熱和輻射換熱、暖氣內壁面與外壁面之間的導熱、外壁面與室內空氣的對流換熱和輻射換熱。

6．解釋以下現象：某辦公室由中央空調系統維持室內恒溫，人們注意到盡管冬夏兩季室內都是20℃，但感覺卻不同。[東南大學2000研]

答：這是因為冬夏兩季室外溫度不同，在對流傳熱的作用下，導致冬夏兩季墻壁的溫度是不同的。考慮輻射換熱，人體與墻壁之間進行輻射換熱。由于冬天的壁溫較低，所以冬天人體與墻壁之間的輻射換熱量更大。所以盡管冬夏兩季室內都是℃，但人的感覺是不一樣的。

7．熱阻的定義是什么？給出三種傳熱模式熱阻的表達式。[中國科學院2009研]

答：熱阻的定義為溫度差與傳熱功率的比值。

（1）平壁的導熱熱阻：

（2）對流換熱熱阻：

（3）輻射換熱熱阻：

四、計算題

1．用鉻鎳鋼鋼板（導熱系數）制作內外直徑分別為0.5m及0.6m的球罐，里面裝滿了具有放射性的化學廢料，廢料體積發熱率為q_V＝120kW/m3。將該球罐置于30℃的水流中冷卻，假設球罐表面傳熱系數，試求在穩定工況條件下：

（1）球罐外表面散熱量；

（2）球罐外表面溫度；

（3）球罐的內表面溫度。

球殼導熱公式為。[武漢科技大學2016研]

解：（1）球罐的容積為：

總發熱熱流為：

由牛頓冷卻公式可知

（2）球殼的外表溫度：

（3）由球殼導熱公式可知球殼內表面溫度

2．有一個透明的薄膜型加熱器件貼在汽車玻璃窗內表面上以消除霧氣，通電加熱時，玻璃內表面上有均勻熱流密度。當車內空氣溫度為t_f1＝25℃時，表面傳熱系數為h₁＝9W/(m2·K）。車外環境空氣溫度為t_f2＝－10℃，表面傳熱系數為h₂＝65W/(m2·k）。車窗玻璃厚為δ＝4mm，導熱系數為λ＝1W/(m·K）。試確定：（1）如果要維持車窗內表面溫度為t_w1＝15℃，車窗單位面積所需加熱功率q_w是多少？（2）如果不加熱，車窗內表面溫度又是多少？[重慶大學2013研]

解：（1）加薄膜后，通過車窗的熱流密度為

車窗內對流換熱的熱流密度為

故此時車窗單位面積所需加熱功率為

（2）不加薄膜時，通過車窗的熱流密度為

此時車窗內對流換熱的熱流密度為，故此時車窗內表面溫度

3．一扇玻璃窗的寬和高分別為W＝1m和H＝2m，厚為5mm，導熱系數λ_g＝1.4W/m·K。如果在一個寒冷的冬天，玻璃的內外表面溫度分別為15℃和﹣20℃，通過窗戶的熱損速率是多少？為減少通過傳呼的熱損，習慣上采用雙層玻璃結構，其中相鄰的玻璃由空氣間隙隔開。如果間隙厚為10mm，且與空氣接觸的玻璃表面的溫度分別為10℃和﹣15℃，通過一個1m×2m的窗戶的熱損速率是多少？空氣的導熱系數為λ_a＝0.024 W/m·K。[中國科學院2008研]

解：利用熱阻分析法。

（1）單層玻璃結構的情形

單層玻璃的導熱面積熱阻為