浙江大学2003-2008年传热学试题

浙江大学2003年硕士研究生入学考试试题

一、填空（每空2.5分，共二十空50分）

1．导温系数a 表征了物体 的能力，其单位（国际单位制）是 ，流体运动粘性v 与a 的比值组成的无量纲数 。

2．固体辐射表面的有效辐射J 由 和 两部分组分。

3．在计算导热热阻时，若导热系数是温度的线性函数，则其定义性温度取为 最准确。

4．流体横掠管束时，计算表面传热系数（换热系数）时，其特征尺寸一般取 ，当纵向流过管束时，其特征尺寸一般取 。

5．管道的临界热绝缘直径计算式h d /2λ=中，λ表示 的导热系数，h 表示 的表面传热系数。

6．无量纲数()λδ/h 中的λ在Bi 数中是指 ，在Nu 数中是指 。

7．在常物性一维稳态导热时，长圆筒壁随半径增加，热流密度 ，大平壁随厚度增加，热流密度 。

8．膜状凝结的主要热阻是 热阻，其表面传热系数与凝结壁面的过冷度的 次方成正比。

9．漫射表面（兰贝特表面）的辐射强度与 无关，灰体的 与投射波长无关，具有这两个性质的固体表面通常叫灰漫表面。

10．在换热器热计算中，组合()min /qmC KA 叫 ，效能的定义式为 。

二、问答题（每题8分，共五题40分）

1．已知大容器饱和核态沸腾的实验关联式如下： ()33.0Pr ??????-=?v l l wl s l pl g r q C r t c ρρσμ

试详细说明沸腾表面传热系数h 与哪些因数有关？

2．为较准确测量管道内流体的温度，测温套管材料有紫铜、不锈钢和玻璃，选用哪种材料好？为什么？

3．有人说，在换热器冷热流体进出口温度2211"'"'t t t t 、、、保持不变时，逆流布置时的对数平均温差总比顺流布置时大，你认为对吗？试证明你的结论。

4．为什么多在春天放风筝（提示从春天地面附近空气的温度变化及分布规律着手）？

5．诗歌“火烤胸前暖，风吹背后寒”热情歌颂了我国志士在严寒东北的艰苦条件下抗击日本侵略的英雄气概，也生动描述了不同传热方式的特点。你能分析出是哪几种传热方式使人在严冬的野外用篝火取暖时有这样的感受？

三、计算题（每题20分，共三题60分）

1．一根温度为800℃、直径mm 100的圆棒位于一间大房子正中放热，室

温为10℃，棒表面黑度为0.8，求：单位长度圆棒的辐射散热量。

如果装有一个绝热的半圆形全反射罩（直径mm 500），位置见图，求

此时单位长度圆棒的辐射散热量（设反射罩对自身的角系数为0.4）。

2．在一个逆流式油冷却器中已测得油的进口温度℃851=T ，出口温度

℃5.472=T ，冷却水进口温度℃401=t ，油流量hr kg q m /32501=，冷却水流量hr kg q m /57002=，油的比热K kg kJ C ?=/035.21，水的比热2 4.180/C kJ kg K =?，传热面积为212m ，不计热损失，求：

a ）计算冷却水的出口温度2t 。

b ）计算换热器的传热系数。

3．一金属圆球的直径mm 150，它在炉内被加热到500℃，然后放到温度为20℃的液体中冷却，该金属的导热系数是()K m W ?/50，密度为3/7800m kg ，比热为()K kg J ?/2700，圆球表面与流体间的表面传热系数为()

K m W ?2/40，试计算该圆球冷却到200℃所需要的时间（按集中参数法计算）。

浙江大学2004年硕士研究生入学考试试题

一、填空（每空2.5分，共二十空50分）

1．导热微分方程的推导依据是 和 ，直角坐标下一维、非稳态、无内热源导热问题的导热微分方程可以表示成 。

2．如果测得通过一块厚50mm 的大木板的热流密度为2/40m W ,木板两侧的表面温度分别为40℃和20℃，则该木板的导热系数为 ；若将加热热流密度提高到2/80m W ,该木版的一侧表面温度为25℃，则另一侧的表面温度应为 。

3．如果在一根加热水的管子里（管内水被加热）结了一层水垢，其他条件不变时，管壁温度与无水垢是相比将 。

4．角系数相对性用公式表示可以写成 ；对于一个非凹封闭系统，角系数完整性用公式表示可以写成 。

5．普朗克定律揭示了 的单色辐射力按 变化的分布规律。

6．无量纲组合()λη/p c [或()K c p /μ]叫 数，它的物理意义是 。

7．管内强迫对流换热，一般来说，流体的导热系数变大，表面换热系数 ，流体的粘度变大，表面换热系数 。

8．沸腾危机是指 。

9．换热器效能的定义是 ，其物理意义是 。

10．纵掠平板强迫对流换热的能量方程为 。

11．某一直径为0.1m 初始温度为300K 的轴（密度为3/7832m kg ,导热系数为()K m W ?/2.51，比热为()K kg J ?/541），置于温度为1200K 的加热炉中加热，其表面对流换热系数为()

K m W ?2/100，则其时间常数为 ；要使其中心温度达到800K ，则放入加热炉内约需要加热 分钟（用集总参数法）。 二、问答题（每题10分，共四题40分）

1．试解释材料的导热系数和导温系数之间有什么区别和联系。

2．玻璃可以透过可见光，为什么在工业热辐射范围内可按灰体处理？

3．为什么管内强迫对流换热入口段平均表面换热系数比充分发展段大？

4．试举三例防止或削弱自然对流换热的隔热保温方法，并解释其原理。

三、计算题（每题20分，共三题60分）

1．一种低温介质流过一根直径20mm 的长管道，其外表面可以视为漫灰表面，且黑度为0.02温度77K ，其外有一直径50mm 的同心套管，内表面也为漫灰面，且黑度为0.05、温度300K ，两管之间抽真空，试问：

（1）这种情形下单位长度从环境传给低温介质的热量是多少？

（()

428/1067.5K m W ??=-σ）

（2）若在内外管之间再插入一根直径为35mm 、两面黑度相同均为0.02的薄壁管，则单位长度从环境传给低温介质的热量又为多少？

请画出上述两种情况的辐射网络图。

若希望加入薄壁管后，从外界传入的热量为未加前的1/10,则薄壁管两面的黑度应为多少？

2．流量为8000/kg h 、温度为57℃的饱和氨蒸汽在套管式换热器中用流量为h kg /90000、入口温度为20℃的冷却水冷却成34℃的过冷液氨。氨的汽化潜热是kg kJ /3.1019，

液氨的比热容为()K kg kJ ?/96.4，水的比热容为()K kg kJ ?/174.4，若氨的冷凝段和过冷段的总传热系数分别等于()K m W ?2/1260和()

K m W ?2/740，试求纯逆流布置时所需的传热面积。

3．热线风速仪的热线直径5d m μ=，长度1cm ，电阻率为m ?Ω0003.0。所测空气流温度20℃。电源供给热线的电流恒为1mA 。当热线的温度为125℃时，忽略热线热容和辐射换热，试估算空气流速为多少？已知空气热物性：密度2/025.1m kg ，导热系数()K m W ?/0298.0，运动粘度6220.2010/m s -?，比热()K kg kJ ?/009.1。横掠热线的对流换热关联式为：3/1385.0Pr Re 911.0=Nu ；热线的电阻=热线电阻率?热线长度/热线截面积。 浙江大学2005年硕士研究生入学考试试题

一、填空（每题3分，共15题45分）：

1．写出Pr （普朗特数）的无量纲组合： ，它的物理意义是 。

2．管束强迫对流换热的排列方式主要有 ， 两种。

3．大容器核态沸腾的主要换热特点为 ， 。

4．自然对流在 条件下发生自模化现象，此时表面传热系数与 无关。

5．灰体是指具有 性质的物体。

6．角系数的定义是 。

7．气体辐射的贝尔（Bell ）定律是 。

8．Bi 数反映了 的相对大小，其表达式k hL Bi /=中的k 是指 。

9．肋效率f η的定义是 ，当肋片高度为 时肋效率f η达到100%。

10．方程22t t t u v a x y y

???+=???是 微分方程，式中的参数a 是 。 11．由如图1所示的双层平壁中的稳态温度分布判断两种材料的导热系数相对大小为 。

12．对于高温换热器，为了避免出现较高壁温，常优先考虑采用 的流

动型式。

13．某换热器刚装时传热系数为210/()W m K ?，运行一年后因结垢传热系数降

为28/()W m K ?，这时，其因运行结垢而产生的污垢热阻为 。

14．在相同的流体进出口温度下，换热器采用 流动型式有可能获得最大的对数平均温

差。

15．换热器的热计算方法主要有 和 。

二、简答题（每题9分，共5题45分）

1．什么叫热边界层？试用边界层理论解释在单相对流换热中，使层流边界层变薄可以强化传

热。

2．为什么用红外测温计可以测量人体温度，分析可能有哪些因素影响红外测温计精度（试举

3个因素）？

3．描述物质内部导热机理的物理模型有哪些？它们分别描述哪些物质内部的导热过程？

4．请解释非稳态导热分析中的集总参数法，其适用条件是什么？为何可在这种条件下使用？

5．请简要解释为什么许多高效隔热材料都采用多孔结构或多层隔热屏结构？

三、计算题：（每题20分，共3题60分）

1．如图长套管，忽略管壁厚。外管⑴直径为400mm ，辐射率为

0.8，温度为290℃。内管⑵直径为200mm ，辐射率为0.5，温

度为450℃。画出该部分的辐射换热网络图，并计算出单位管

长内管表面的净辐射热损失。设外管外部空气和环境温度皆为

100℃，为自然对流和辐射换热，试求外管外部表面和空气间

的复合换热系数。

2．有一复合炉墙由三层材料组成，其中A 、C 两种材料的导热系数和厚度已知，分别为：

20/()A k W m K =?，50/()C k W m K =?，0.30A L m =，0.15C L m = (如图2所示)，处于中间层的材料B 的厚度为m 15.0。稳态条件下炉墙两侧裸露表面的温度已知，分别为

,20s o T =℃，,1600s T =℃，

炉内烟气的复合换热系数为225/()W m K ?，烟气温度800T ∞=℃，试问：

（1）材料B 的导热系数是多少？

（2）画出该复合炉墙的热阻图，并在图上

标出各节点的温度、热流量和热阻的大小。

3．一个逆流布置、水-水换热器由53根内径

16i D mm =、壁厚1mm 、导热系数

40/(W m K ?的钢管组成，热水在管内流动，

进口温度100℃、出口温度80℃，冷却水在管外流动，进口温度20℃、出口温度70℃，对流换热系数为)/(15002K m W ?。整个换热器的换热量为kW 350,试问：

（1）若两侧管壁都是清洁的，每根管子需要多长？

（2）若管外壁考虑有W K m /001

.02?的污垢热阻，则管子又需要多长？比（1)增加了多少倍？

已知热水：比热4208/()J kg K ?，粘度6314.910/()kg m s -??，导热系数0.68/()W m K ?，95.1Pr =；Pr Re 023.08.0=Nu

浙江大学2006年硕士研究生入学考试试题

一、填空（每题3分，共15题45分）

1．在热流给定的传热过程中，传热系数增加1倍，冷热流体间的温差是原来的 。

2．锅炉炉墙外墙与大气间的换热是 。

3．强制对流换热系数大小与流体的物性有关，影响它的流体物性有 、 、 、 。

4．肋壁总效率的数学表达式 。

5．已知一换热过程的温压为100℃，热流量为10kW ，则其热阻为 。

6．凝结换热的两种形式是 和 。

7．Pr （普朗特）准则是反映 的准则，它表征了 的相对大小。

8．在一维稳态传热过程中，每个换热环节的热阻分别是0.01K/W 、5K/W 和100K/W ，请指出热阻为 的换热环节上采取强化传热措施效果最好。

9．气体辐射的特点是 ， 。

10．自然对流是指 。

11．沸腾危机是指 。

12．角系数的性质有 ， ， 。

13．漫辐射是指 。

14．维恩位移定律为 。

15．/Nu hL λ=数中，λ表示 ，L 表示 。

二、简答题（每题9分，共5题45分）

1．为什么电厂凝汽器中水蒸汽与管壁之间的换热可以不考虑辐射换热，而锅炉的炉膛内烟气

与水冷壁之间的换热必须考虑辐射换热？

2．试解释换热器顺流布置与逆流布置，并简要阐述各自的特点。

3．为什么玻璃体温计测体温必须在测温点放置一定的时间，如果你来设计体温计，有哪些方

法可以缩短测温放置的时间？

4．为什么冬天早晨阴天不易结霜，而晴天容易结霜？

5．为什么测量高温气体温度一般需用套管抽气热电偶？

三、计算题：（每题20分，共3题60分）

1．用一外径（直径）为25mm 、壁厚为2mm 的钢管作换热表面，已知管外烟气侧的换热系数

)/(1102K m W ?，管内水侧换热系数)/(43002K m W ?，烟气平均温度℃450，水的平均温度℃50，钢管的导热系数为)/(40K m W ?。若可忽略钢管的曲率影响，按平壁公式进行计算，试求：

（1）传热系数；

（2）当运行一段时间后管内壁上结了厚1mm 、导热系数为)/(2.1K m W ?的水垢，外壁面结了厚1mm 、导热系数为)/(5.0K m W ?的灰垢时，求每米管长的热流量和管子的外壁温度，并与两侧均未结垢前作比较。

2．有一水平放置的热水管道，用保温材料保温，保温层外径200mm ，外表面平均温度℃45，

周围空气温度℃15，试计算每米长蒸汽管道上由于自然对流而引起的散热量。

已知空气的物性：3/165.1m kg =ρ，)/(005.1K kg kJ c p ?=，)/(1067.22-K m W ??=λ，s m /100.1626-?=ν，推荐的适用公式：25.0)Pr (53.0m m m Gr Nu ?= )10Pr 10(94<

3．如图1长套管，外管(1)内径为400mm ，辐射率为8.0，温度为℃227。内管(2)外径为200mm

辐射率为5.0，温度为℃427，画出该系统的辐射换热网络图，并计算出单位管长内管表面的净辐射热损失。为减小内外管间的辐射换热，又在内外管间同心套上外径为300mm ，厚1mm 的钢管（虚线3），内外面的辐射率为7.0，忽略钢管的导热热阻，再求此时单位管长内管表面的净辐射热损失。

浙江大学2007年硕士研究生入学考试试题

一、填空（每题3分，共15题45分）：

1．在传热温差给定的传热过程中，热流量增加1倍，冷热流体间的总热阻是原来

的 。

2．毕渥准则/Bi hl λ=数中, λ表示 ，L 表示 。（毕奥）准

则表征了 的相对大小。

3．空间辐射热阻的表达式为 。

4．灰体是指 。

5．一维各向同性、导热系数为常数的无限大平壁无内热源非稳态导热微分方程的表达式

为 。

6．导热的第一类边界条件是指 ；绝热边界条件是指 ；第三类边界

条件是指 。

7．根据对热辐射的吸收性，可将气体分成 气体和 气体两种。

8．导热基本定律傅立叶定律是指 ；其中，导热系数表征了 。

9．已知对流换热系数为

212/()W m K ?，则其单位面积对流热阻为 。 10．对短管(/50)l d <的管内紊流对流换热计算，可采用 对管长引起的变化进行

修正计算。

11．强化传热时，增强传热过程中换热热阻 一侧的换热系数最有效。

12．已知10℃的干空气的密度为31.247/kg m ，比热为1.005/()k

J k g K ?，导热系数为0.0251/()

W m K ?，粘度为6214.1610/m s -?，其Pr （普朗特）准则数为 。 13．大容器沸腾曲线分为 、 、 、 四个区段。

14．某换热器刚装时传热系数为210/()W m K ?，运行一年后因结垢传热系数降为28/()W m K ?，

这时，污垢热阻为 。

15．复杂流型换热器的平均温差m T ?可以通过逆流布置时的平均温差m T ?逆来计算，表达式

是 。

二、简答题（每题9分，共5题45分）

1．为什么许多换热器中需要应用肋片？

2．试举例小孔表面可以看成黑体的条件，为什么？

3．什么叫临界热绝缘直径？为什么会产生临界热绝缘直径现象？

4．影响强迫对流换热的流体物性有哪些？它们分别对对流换热系数有什么影响？

5．为什么横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷（流体流向与管道轴向一致）相比，横向冲刷

的换热系数大？

三、计算题：（每题20分，共3题60分）

1．某一个逆流同心套管式换热器用于冷却大型燃机的机油，流量0.2/kg s 的冷却水在直径为

25i D mm =的内管中流动，流量为0.1/kg s 的机油通过换热器套管的夹层，已知套管外径045D mm =，冷却水进口温度为30℃，机油进口温度为100℃，管壁厚度及其热阻均可忽略不计。若机油的出口温度要求为60℃，试问该换热设备的换热管需要多长？

（已知：机油的物性：2131/()p c J kg K =?，223.2510/N s m μ-=??，导热系数0.138/()W m K λ=?， 5.56Nu =。 水的物性：3994/kg m ρ=，4178/()p c J kg K =? 6272510/N s m μ-=??，0.625/()W m K λ=?，Pr 4.85=，0.80.40.023Re Pr Nu =）

2．测温用热电偶结点可近似看作直径为0.5mm 的金属球。已知所测处的换热系数为

220/()h W m K =?，热电偶的导热系数40/()W m K λ=?，密度38900/k g m ρ=，2.0/()p c kJ kg K =?。试求：

（1）该系统能否看成集总参数系统？

（2）如果能看成集总参数系统，其时间常数为多少？

（3）若热电偶初始温度为20℃，所测流体温度为100℃，热电偶温度升到98℃需要多少时间？要想把升温时间减少可采取哪些措施？

3．一球形空腔，内径为400mm ，辐射率为0.8，温度为427℃。腔上开一直径为2mm 的小孔

与外界相通，不计空腔壁厚，球体热绝缘良好。试求小孔对外界的辐射热流量；若外界温度为27℃，再求小孔与外界的辐射换热量。

8240( 5.6710/)W m K σ-=??

浙江大学2008年硕士研究生入学考试试题

一、填空（每题3分，共15题45分）：

1．准则方程式(,Pr)Nu f Gr =反映了 的变化规律；(Re,Pr)Nu f =反映了 的变化规律。

2．格拉晓夫=Gr = ，雷利数Pr Ra Gr == 。

3．当平板自然对流达到 流动状态时，其表面对流传热系数h 值与尺寸L 无关。

4．热边界层的定义是 。

5．换热器中如果热流体温度从80℃被冷却到50℃，冷流体温度从15℃上升到35℃，其逆流布置时的对数平均温压为1m C F t ?= ，如果采用顺流布置时则为1mPF T ?= 。

6．在管内紊流强迫对流换热中，减小管径，换热系数h 将 ；采用短管，将使换热系数h 。

7．影响对流换热的主要因素有 。

8．雷诺比拟的结果是St= 。

9．写出傅立叶定律的矢量表达式及其中各物理量的定义 。

10．沿等温线方向的热流密度为多少? 。

11．请写出肋效率的定义 。

12．集总参数法的物理意义及应用条件为 。

13．辐射力和定向辐射强度的物理意义是什么？ 。

14．已知某黑体的最大辐射力波长为6210m -?，此黑体的温度为 。

15．什么叫角系数，它有哪些性质？ 。

二、简答题（每题9分，共5题45分）

1．试画出池沸腾的沸腾曲线并解释其各个区段。

2．试分析一个置于房间中充满了热水的热水瓶的散热途径，指出在热水瓶的结构设计时采用了哪些措施减少散热损失。

3．对于高温换热器，为了避免出现较高壁温，常优先考虑采用什么流动型式？为什么？

4．试分析平壁导热0Bi =和Bi →∞各代表什么样的换热条件，并图示出这两种情况下平壁

的温度分布。

5．举3个强化或削弱固体表面辐射换热例子，并说明其原理。

三、计算题：（每题20分，共3题60分）

1． 现有一空气横掠管束换热的空气预热器，已知管束有25排，每排12根光管，管外径25mm ，

管长1.5m ，叉排形式，横向管间距150S mm =，纵向管间距238S mm =，管壁温度120℃，空气来流速度4/f u m s =，空气进口温度20℃，出口温度40℃。试计算该空气横掠管束换热的空气预热器的对流换热量。

已知空气物性：0.0267/()f W m K λ=?，6216.010/f m s ν-=?，Pr 0.701f =。

最大流速max 11/()f u u S S d =-；推荐关联式：()0.36Re Pr Pr /Pr m

n

f f f f w Nu c =，公式适用条件：20N ≥，光管管束，Pr 0.7~500f =，除Pr w 的定性温度为壁温外，其余定性温度为流体在管束中的平均温度。指数m ，对气体m=0，对液体，m=0.25，

c 、n 值查下表：

2．水银温度计的水银泡近似可以看作圆柱形，长15mm ，直径3mm 。初始温度为15℃。今

将其插入100℃的气体中，设水银泡与气体的表面传热系数为220.63/()W m K ?，水银的导热系数为10.353/()W m K ?，比热为0.136/()kJ kg K ?，密度为313.6/t m ，试求插入2分钟后温度计所显示的温度。若要使温度计在2分钟内的测量精度提高，请你提出可以采取的措施。

3．某房间地面2

20m，温度为50℃，黑度为0.5，20m，温度为20℃，黑度为0.3；天花板2

相互角系数为0.15。周围房间墙壁面积很大，对外保温很好。试求天花板对地面的辐射传热量。