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2019年湖北武汉科技大学工程传热学考研真题及答案.doc
2019 年湖北武汉科技大学工程传热学考研真题及答案
传热。
微米。
。
。
和
。
和
。
次方成正比。
，通过每层单位管长的热
微米，太阳光的光谱一般为
次方成正比，而热辐射的传热速
，大部分合金的热导率随温度的
一、填空题(共 8 小题，每小题 2 分，共 16 分)
1. (2 分) 三种基本的热传递方式是热传导、
2. (2 分) 大多数纯金属的热导率随温度的升高而
升高而
3. (2 分) 对多层等厚度圆筒壁传热，通过每层的热流密度
流密度
4. (2 分) 发生相变的传热过程可分为_______传热和________传热。
5. (2 分) 牛顿冷却定律适用于
传热，兰贝特余弦定律适用于
6. (2 分) 导热和对流传热的传热速率与温度差的
率与温度差的
7. (2 分) 可见光的光谱一般为
8. (2 分) 土壤温度场具有的两种特性为：
二、名词解释(共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分)
1、（5 分）综合温度
2、（5 分）定向辐射强度
3、（5 分）灰体
4、（5 分）蓄热系数
三、简答题(共 6 小题，每小题 8 分，共 48 分)
1、（8 分）写出傅里叶数 Fo 的定义式，并说明它的物理意义。
2、（8 分）窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？
3、（8 分）北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上哪一面容易结霜，为什
么？
4、（8 分）辐射传热中有哪 5 个重要的定律，分别表示什么意义？
5、（8 分）换热器的对数平均温差如何表示？
6、（8 分）影响膜状凝结的主要因素有哪些？
四、计算题(66 分)
1、（ 8 分）某锅炉厂炉膛保温壁面由三层不同的材料组成，第一层材料参数：厚度 30 cm，
导热系数 2.0 W/m℃，第二层材料参数：厚度 54 cm，导热系数 1.8 W/m℃，第三层材料参
数：厚度 6 cm，导热系数 0.1 W/m℃。如果通过该三层壁面的导热量 560W/m2，请问通过保
温壁面的温降是多少？
2、（12 分） 直径 6.4 mm 的一个钢制物体初始温度为 30℃。将其突然置于温度保持为 150℃
的环境中，钢制物体与周围环境之间的对流传热系数 h=140 W/m2℃。试用集总参数法计算
钢制物体温度达到 120℃时所需要的时间。已知钢制物体的物性参数：λ=16.3W/(mK)，ρ
=7817kg/m3，C=460J/(kgK)。
3、（ 22 分）温度为 35℃，密度
0.1174kg / m
3
的空气以 6 m/s 的速度流过边长为 30 cm
的正方形平板表面。如果平板表面温度保持 250℃不变，试计算该平板的散热量。
(对层流有：
Nu
0.664Re Pr
2
1
1
3
；对紊流有：
Nu
(0.037 Re
0.8
870) Pr
1
3
；
空气在温度为 tm =100℃时的物性参数为：
2.19 10
5
kg ms
/ (
)
,
0.0321 /W m K
，
Pr=0.688 ； 空 气 在 温 度 为 tm =200 ℃ 时 的 物 性 参 数 为 ：
2.6 10
5
kg ms
/ (
)
,
0.0393
/W m K
，Pr=0.68。
4、（ 24 分）两表面积都为 A 的平行无限大平板 1 和 2，均为漫射灰表面，其表面发射率均
为，当两表面温度不等时：(1) 计算两无限大平板之间的辐射传热量。 (2) 如果在两无
限大平板之间插入 n 块遮热板，试计算此时两无限大平板之间的辐射传热量。
和
。
传热。
微米。
。
。
次方成正比。
，通过每层单位管长的热
传热，兰贝特余弦定律适用于
，大部分合金的热导率随温度的
答案
一、填空题(共 8 小题，每小题 2 分，共 16 分)
1. (2 分) 三种基本的热传递方式是热传导、
答：热对流、热辐射。 (2 分)
2. (2 分) 大多数纯金属的热导率随温度的升高而
升高而
答：减小、增大。 (2 分)
3. (2 分) 对多层等厚度圆筒壁传热，通过每层的热流密度
流密度
答：不相等、相等。 (2 分)
4. (2 分) 发生相变的传热过程可分为_______传热和________传热。
答：（蒸汽）凝结、（液体）沸腾。 (2 分)
5. (2 分) 牛顿冷却定律适用于
答：对流、辐射。 (2 分)
6. (2 分) 导热和对流传热的传热速率与温度差的
率与温度差的
答：一、四。 (2 分)
7. (2 分) 可见光的光谱一般为
答：0.38-0.76、0.2-3。 (2 分)
8. (2 分) 土壤温度场具有的两种特性为：
答：衰减、延迟。(2 分)
二、名词解释(共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分)
1、（5 分）综合温度
工程上把室外空气与太阳辐射两者对围护结构的共同作用，用一个假想的温度来衡量，这个
温度就叫综合温度。
2、（5 分）定向辐射强度
在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见辐射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能
量称为定向辐射强度。
3、（5 分）灰体
假如某种物体的光谱发射率不随波长发生变化，则这种物体称为灰体。
4、（5 分）蓄热系数
当物体表面温度波振幅为 1℃时，导入物体的最大热流密度。
三、简答题(共 6 小题，每小题 8 分，共 48 分)
1、（8 分）写出傅里叶数 Fo 的定义式，并说明它的物理意义。
次方成正比，而热辐射的传热速
微米，太阳光的光谱一般为
和
。
答：
a
Fo
2
，是非稳态导热过程的无量纲时间，它表示非稳态导热过程进行的深度。
2、（8 分）窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？
答：窗玻璃对红外线不透明，但对可见光却是透明的，因而随着玻璃晒，太阳光可以穿出玻
璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在室内，因而房间内温度越来越高，所以感
到暖和。
3、（8 分）北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面结霜，
为什么？
答：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的
温度低于 0 度，而地球表面温度一般在 0 度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要
向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于 0 度，因
而容易结霜。
4、（8 分）辐射传热中有哪 5 个重要的定律，分别表示什么意义？
答： 普朗克定律：表示光谱辐射力的计算；维恩位移定律：表示最大光谱与温度的乘积是
一个常数；斯蒂芬—玻尔兹曼定律：表示黑体的辐射力计算公式；兰贝特余弦定律：表示黑
体的定向辐射强度是一个常数；基尔霍夫定律：表示物体的吸收率与发射率之间的关系。
5、（8 分）换热器的对数平均温差如何表示？
答：
t
m
"
t
'
t
'
t
ln
t
"
6、（8 分）影响膜状凝结的主要因素有哪些？
答： 主要包括：蒸气含不凝气体，蒸气速度，表面粗糙度，蒸气含油，过热蒸气。
四、计算题(66 分)
1、（ 8 分）某锅炉厂炉膛保温壁面由三层不同的材料组成，第一层材料参数：厚度 30 cm，
导热系数 2.0 W/m℃，第二层材料参数：厚度 54 cm，导热系数 1.8 W/m℃，第三层材料参
数：厚度 6 cm，导热系数 0.1 W/m℃。如果通过该三层壁面的导热量 560W/m2，请问通过保
温壁面的温降是多少？
解：λ1=2.0W/m℃, λ2=1.8W/m℃, λ3=0.1W/m℃
由多层平壁导热公式得:
q
t
3
1
2
1
3
2
(5 分)
可以得到温降为：560×（0.3/2.0+0.54/1.8+0.06/0.1）
=588℃。
(3 分)
2、（12 分） 直径 6.4 mm 的一个钢制物体初始温度为 30℃。将其突然置于温度保持为 150℃
的环境中，钢制物体与周围环境之间的对流传热系数 h=140 W/m2℃。试用集总参数法计算
钢制物体温度达到 120℃时所需要的时间。已知钢制物体的物性参数：λ=16.3W/(mK)，ρ
=7817kg/m3，C=460J/(kgK)。
解：
Bi
hR
3
140 3.2 10
16.3
0.027
＜0.1
可以用集总参数法计算。
(4 分)
hA
cV
e
t
f
t
t
t
0
hA
cV
f
h
c
4
h
cd
dl
2
d
4
l
4 140
3
7817 460 6.4 10
则
120 150
30 150
57s
∴
0.02433
e
0.02433
(4 分)
(4 分)
3、（ 22 分）温度为 35℃，密度
0.1174kg / m
3
的空气以 6 m/s 的速度流过边长为 30 cm
的正方形平板表面。如果平板表面温度保持 250℃不变，试计算该平板的散热量。
(对层流有：
Nu
0.664Re Pr
2
1
1
3
；对紊流有：
Nu
(0.037 Re
0.8
870) Pr
1
3
；
空气在温度为 tm =100℃时的物性参数为：
2.19 10
5
kg ms
/ (
)
,
0.0321 /W m K
，
Pr=0.688 ； 空 气 在 温 度 为 tm =200 ℃ 时 的 物 性 参 数 为 ：
2.6 10
5
kg ms
/ (
)
,
0.0393
/W m K
，Pr=0.68。
解：空气的定性温度
2.349 10
5
m
t
1
2
)
kg ms
/(
(t
in
t
out
)
1
2
35 250
0
142.5 C
，此时的物性参数为:
,
0.03474
/W m K
, Pr=0.685
(5 分)
8996.3
﹤5×105，属层流流态。
(5 分)
Re
ul
0.1174 6 0.3
5
2.349 10
1
1
d
0.03474
0.3
h
0.664 Re Pr
2
3
0.664
8996.3
1
2
0.685
1
3
6.429(
W m C
/
2
)
(6 分)
(
hA t
w
t
) 6.429 0.3
2
250 35
124.4
W
(6 分)
4、（ 24 分）两表面积都为 A 的平行无限大平板 1 和 2，均为漫射灰表面，其表面发射率均
为，当两表面温度不等时：(1) 计算两无限大平板之间的辐射传热量。 (2) 如果在两无
限大平板之间插入 n 块遮热板，试计算此时两无限大平板之间的辐射传热量。
解：(1) 无遮热板时
1,2
1
A
E
b
1
E
1
b
X A
1,2
对两个无限大的平板来说 1,2
X ，
1
2
1
A
(4 分)∴
1,2
E
1
b
1
A
1
A
E
2
b
1
A
A
2
E
1
b
E
b
2 1
(6 分)
1
3 …
n
2
(2) 有 n块遮热板时，
'
1,2
A
(
n
1
A
E
1
b
1)(1
E
E
1
b
b
1
A
2
2)
1
A
1
A
(
n
1
A
E
2
b
1
2)
A
E
1
b
1)(
n
(
E
2
b
2
1)
∴
'
1,2
A
E
1
b
1)(
n
(
E
2
b
2
1)
1
1
n
1,2
(6 分)
(4 分)
(4 分)
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