《冶金传输原理》期末复习试题及答案6A

备

考核方式注可带计算器

六

题号--二三四五七A九十总分

分数

得分

得得分阅卷阅人卷人

一、单项选择题（10分，每题1分）

I.单位时间通过单位面积的热量称为什么？一般用什么符号表示？（）

A.热流密度，qB.热流密度，①C.热流量，qD.热流量，①

2.太阳与地球间的热量传递属于下述哪种传热方式？（）

A.导热B.对流C.热辐射D.以上几种都不是

3.下列哪种换热过程不需要有物体的宏观运动？（）

A.对流B.辐射C.复合换热D.导热

4.热流密q与热流量0的关系为（以下式子中F为换热面积，A为导热系数、«为对流换热系

数）（）

A.q=（MFB.q=（P/FD.q=a（P

5.在传热过程中，系统传热量与下列哪一个参数成反比？（）

A.传热面积B.流体温差C.传热系数D.传热热阻

6.第二类边界条件是什么？（）

A.已知物体边界上的温度分布B.已知物体表面与周围介质之间的换热情况

C.已知物体边界上的热流密度D.已知物体边界上流体的温度与流速

7.导温系数的物理意义是什么？（）

A.表明材料导热能力的强弱B.反映材料的储热能力

C.反映材料传播温度变化的能力D.表明稳态传热过程的物理量

8.若已知某一种气体的密度为0.16kg/m3,比热为1.122kJ/（kg・K）,导热系数为0.0484W/（m,K）,

则其导温系数是多少？（）

A.14.3m2/sB.69.9XI0-6m2/sC.0.0699m2/sD.1.43xl04m2/s

9.推导导热微分方程时，主要依据的定律是（）

A.傅里叶定律和质量守恒B.牛顿冷却公式和动量守恒

C.牛顿冷却公式和热力学第二定律D.傅里叶定律和能量守恒定律

10.从傅立叶一克希荷夫流体能量微分方程中可以看出，下列说法错误的是（）

A.热流密度仅与流体温度T有关

B.公式中的对流项是由流体宏观位移（对流）引起的热量转移

C.对流换热现象是流体导热和对流联合的作用结果，流体的温度分布要受流体流速的

影响

D.当流体不流动处于静止时丫产上产%=0即为导热微分方程

得分阅卷人

二、判断对错（对的打“J”错的打“X”）（10分）

1.导热微分方程适用于流动的流体.（）

2.推导导热微分方程时，主要依据质量守恒定律.（）

公2合2

3.二维无内热源，稳态导热微分方程为*■+="=（）式中并无导热系数人因此说导热物

dxdy

体内温度分布与导热系数无关。（）

4.第一类边界条件是已知物体表面与周围介质之间的换热情况。（）

5.初始温度均匀的物体，一侧表面温度突然升高到心时，沿热量传递方向表面温度梯度

比物体内部温度梯度大。（）

6.傅里叶定律并不包含时间，因此不能用于计算非稳态导热的热量，（）

7.物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。（）

8.非稳态导热过程分为两个阶段，一个是温度分布主要受初始温度分布控制的非正规状

况阶段和受热边界条件影响的正规状况阶段。（）

9.一般的说，物体的整个非稳态导热过程主要处于非正规状况阶段,（）

10.一般地，肋片的效率高并不等于通过肋片的绝对传热量就大。（）

得分阅卷人

三、简答题（40分）

L冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打后，效果

更加明显。试解释原因。（8分）

2.试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。

（8分）

3.夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却

必须穿绒衣才感到舒服。试从传热的观点分析原因。（8分）

4.冬天，在相同的室温条件下，为什么有风比无风时感到冷些？（8分）

5.夏天，人在同样温度（如：25℃）的空气和水中的感觉不一样，请月传热学理论解释为什

么。（8分）

得分阅卷人

四、计算题（40分）

1.为了测量某种材料的导热系数，制成了厚5mm，直径25mm的试验件，第一次试验时

测得通过试验件的导热量为0=0.32W。试验件两侧的温度分别为T,d=20℃和7.2=70℃,

第二次试验时测得0=0.16W,加户200℃,/，2=220℃,求两次试验中材料的导热系数分

别是多少？（10分）

2.某一瞬时，假定一厚度为3的无限大平板的温度分布可表示成及c"+c2的形式，其中C1，

C为已知常数。（10分）

要求：

（1）导出此时刻在x=0表面处的热流密度夕；

（2）证明此时刻平板温度随时间的变化率877树二射口，这里a为平板材料的导温系数

3.一烘箱的炉门由两层保温材料A（内）及B（外）做成，且厚度》=变外已知〃=0.1W/（m.K）,

2fi=0.06W/（mK）,烘箱内空气温度7;产400℃,内壁面的总换热系数历=50W/O/K）。为安

全起见，希望烘箱炉门的外表温度不得高于50°C。设可把炉门导热作为一维问题处理，试

决定所需保温材料的厚度。环境温度为%=25C,外表面总换热系数力2=50W/（m2.K）。（10

分）

4.无限大平壁的壁厚3及两侧表面的温度力，公均已知，材料的导热系数对温度的依变关系

为七依（1+£产），式中心和£均为常数值。请导出平壁导热热流密度的计算式。（10分）

一、选择题(10分)

1.A2.C3.B4.B5.D6.C7.C8.B9.D10.A

二、判断对错(对的打“J”错的打“X”)(10分

l.(X)2.(X)3.(x)4.(X)5.(V)6.(X)7.(7)8.(7)

9.(X)10.(V)

三、简答题(40分)

1.冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打后，效果

更加明显。试解释原因。(8分)

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间

里的热量传递方式主要是导热，由于空气导热系数较小(20℃,1.01325xl()5pa时，空气导热

系数为0.0259W/(m・K)),具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被就可以让更多的空气进

入，因而效果更明显。

2.试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。

(8分)

答：有以下换热环节及热传递方式：

(1)由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)

(2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；

(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。

3.夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22°C的室内工作时，却

必须穿绒衣才感到舒服。试从传热的观点分析原因。(8分)

答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温高，因此通

过墙壁的热传递方向是由室外传向室内。而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方

向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管

冬季温度(22C)比夏季略高(20℃),但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。

根据人体对冷感的感受主要是散热量的原理，冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。

4.冬天，在相同的室温条件下，为什么有风比无风时感到冷些？（8分）

答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属于

自然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时）。而空气的强制对流换热强度要比

自然对流强烈。因而有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。

5.夏天，人在同样温度（如：25℃）的空气和水中的感觉不一样，请月传热学理论解释为什

么。（8分）

答：由于水的导热系数和空气的导热系数不一样，所以根据基本导热定律可知同等温差和相

同的接触面积下，交换的热量是不一样的；另外从对流换热角度分析，水和空气的对流换热

相关参数也不一样，对流换热效率也不一样。所以人的体表散热情况不一样，感觉也不一样。

四、计算题（40分）

1.为了测量某种材料的导热系数，制成了厚5mm,直径25mm的试验件，第一次试验时

测得通过试验件的导热量为。=0.32W。试验件两侧的温度分别为7；420C和及2=70℃,

第二次试验时测得0=0.16W,兀尸200℃,5,2=220℃,求两次试验中材料的导热系数分

别是多少？（10分）

解：第一次试验:

314

A=-d2——x0.0252=4.906x10^m

44

由0=Z4A77<5得

S30.32x0.005

A==0.0652W/(m•K)

AAT4.906x10^x50

第二次试验

,①30.16x0.005

2=---=-----------=0.0815W/(m-K)

AAT4.906xlO^x20

2.某一瞬时，假定一厚度为3的无限大平板的温度分布可表示成7^C/+C2的形式，其中口,

C为己知常数。（10分）

要求：

（1）导出此时刻在x=0表面处的热流密度q；

（2）证明此时刻平板温度随时间的变化率877&=加口，这里。为平板材料的导温系数

J

解：⑴因为％=-之—--〃2qx)=-2Acx,故A-0处，9()=0；

dxt

f\Td2T

（2）任一时刻，无限大平板的导热微分方程为：—r

dtdx-

将温度分布丁=C|f+C2代入，可得

3.一烘箱的炉门由两层保温材料A（内）及B（外）做成，且厚度&二%.已知〃=0.1W/（m-K）,

A«=0.06W/（mK）,烘箱内空气温度7）】=400℃,内壁面的总换热系数。产50W/（m2.K）。为安

全起见，希望烘箱炉门的外表温度不得高于50°C。设可把炉门导热作为一维问题处理，试

决定所需保温材料的厚度。环境温度为%=25C,外表面总换热系数%2=50W/（m2.K）。（10

分）

解•：该炉门是两层保温材料4内）及8（外）做成的复合平板，无内热源c