考研专业课真题

华北电力大学2002年硕士研究生入学考试试题

一、简答题（每小题6分，共36分）

1．写出傅立叶导热定律的数学表达式，式中没有出现时间变量，为什么同样可

以分析非稳态导热问题？（华电，02）

2．在对实际传热问题的分析计算中，采用合理的假设可以使问题得到很大的简

化，请举两个导热问题的例子给以说明（华电，02）。

3．写出基尔霍夫定律的不同数学表达式，并给出其适用的条件（华电，02）。

4．沸腾换热过程的临界热流密度是如何定义的？对电加热沸腾换热的设备，控

制临界热流密度有何意义?（华电，02）

5．分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？在热水温度一

定的情况下，你能提出一些提高暖气片散热量的措施吗？（华电，02）

6．影响自然对流换热的因素有哪些？（华电，02）

二、（华电，02）[12分]一个功率为



的电烙铁，其形状可近似看作一个半径

很小的短圆柱，初始放在室内，然后瞬间通电加热。

（1）分析并列出加热过程中烙铁温度随时间变化的微分方程式（注明式中符

号的名称）；

（2）给出最终稳定后确定烙铁温度的关系式。

三、（华电，02）[15分]在一对流换热的实验中，℃10的水以sm/6.1的速度流

入内径为mm28、外径为mm31、长m5.1的管子。管子外表面均匀地绕着电

阻带作为加热器，其外还包有保温层。加热器的总功率为kW05.42，通过保

温层的散热损失为%2，试确定：

（1）管子出口处的平均水温；

（2）管子内表面的传热系数；

（3）管子外表面的平均壁温。

[水的物性参数如下：3/1000mkg，℃kgkJcp/187.4，

℃m/W586.0，smv/102.126，57.8Pr；管材的导热系数为

℃mW/18；管内对流换热的实验关联式：层流：66.3Nu，紊流：

33.0Pr8.0Re027.0Nu，不需考虑入口效应]

四、（华电，02）[12分]直径为m5.0的球内表面，被一水平面划分成相等的上、

下两部分，上、下部分的结合处完全绝热。上半球温度为K450，发射率为

0.8；下半球温度为K350，发射率为0.6。球面为漫射灰体。试确定上、下两

球表面的辐射换热量？

五、（华电，02）[15分]考察一同心套管式换热器，该换热器的特点是具有均匀

的总传热系数，并在下列条件下工作：

质量流量

skgqm/

比热容

KkgJcp/

进口温度

℃'t

出口温度

℃"t

冷流体

0.

热流体

0.1252100210

求：

热流体出口温度，

换热器的效能是多少，

对于最小的尺寸和重量要求,换热器应以顺流式还是逆流式工作?对于这两

种流动条件所需的面积比是多少?

六、（华电，02）[10分]一锅炉省煤器的管子尺寸为外径mm32、壁厚mm4，

管材的导热系数为℃mW/52

，若烟气侧的总换热系数（包括对流和辐射）

为℃2/8mW，管内水侧换热系数为℃2/5012mW。试求：

（1）计算省煤器的传热系数

K

（传热面积以管外表面为基准），

（2）分析管壁热阻及两侧换热热阻对传热系数K的影响，

（3）长时间运行后传热过程会发生什么变化？

华北电力大学2003年硕士研究生入学考试试题

一、选择和填空（每小题5分，共50分）

1．（华电，03）为了强化换热器的换热效果，应主要降低表面传热系数小（大；

小）的一侧的热阻。

2．（华电，03）国家标准规定，凡平均温度不高于℃350时导热系数不大于

0.12KmW/的材料称为保温材料。2

3．（华电，03）若炉膛内的火焰温度在℃1400，则炉膛火焰中最大光谱辐射能量

所对应的波长约为

m73.1

。8

4．（华电，03）在圆筒壁稳态导热问题中,当内壁温度小于外壁温度时,其壁

内温度分布应为下图中的acba;；。2

5．（华电，03）研究对流换热的一种方法是比拟法，它是指通过研究热量传递

和动量传递之间的共性，以建立表面传热系数与阻力系数相互关系的方法。

5

6．（华电，03）蒸气与低于饱和温度的壁面接触时有两种不同的凝结方式，它们

分别是珠状凝结和膜状凝结。7

7．（华电，03）一长圆管被置于方形通道的正中间，如本题附图所示，则角系数

2,1

X为

a

d

4



。9

8．（华电，03）在常温下下列工质的Pr数最小的是c（a.水；b.空气；c.

水银；d.11号润滑油）。

9．（华电，03）一无内热源的无限大平板中的温度分布可以表示成

32

2

1

cxcxct的形式，其中

21

cc、和

3

c为已知的常数，导热系数为。此

时刻在

0x

的表面处的热流密度为

2

c。2

10．（华电，03）自然对流换热的格拉晓夫数

r

G表示b（a.惯性力与粘性力；

b.浮升力与粘性力；c.浮升力与惯性力）之比的一种度量。6

二、问答题（每小题10分，共60分）

1．（华电，03）一个常物性、无内热源的二维非稳态导热问题，在直角坐标系中

利用数值方法进行求解，试列出内部节点的显示格式差分方程yx。





d

dt

yxcx

y

tt

y

x

tt

x

y

tt

y

x

tt

























15141312

2．（华电，03）利用遮热板可以减少两个辐射表面之间的辐射量。若保持两侧平

板温度不变，所放遮热板的位置对减弱辐射换热量的效果有无影响？若遮热

板两侧的发射率（黑度）不同，正向与反向放置对减弱辐射换热量又有无区

别？遮热板的温度有无区别？9

答：设如图所示，

（1）与位置无关。

（2）由图知遮热板两侧的发射率不同时，遮热板正向、反向放置时对减弱辐

射换热量没有区别。

（3）由于遮热板两面的发射率不同，则两面对辐射热流的热阻不同，所以遮

热板的温度有区别。

3．（华电，03）如本题附图中所示放置于大容器内的小容器中的水能否发生沸腾

现象？并解释。

答：沸腾换热是在液体内部固液面上形成气泡从

而实现热量由固体传递给液体的现象。由此，其

产生条件是固体表面温度

w

t高于液体饱和温度

s

t，又因为大小容器介质均为水，则小容器沸腾

传热的驱动力0t，0thq，则小容器中

的水不能沸腾。

4．（华电，03）试说明Bi数的物理意义，0Bi和i各代表什么样的换

热条件？有

认为

0Bi

代表绝热工况，你是否赞同这一观点，为什么？3

答：（1）



hl

Bi，

其中，h为表面传热系数，为物体导热系数，l为物体的特征长度。

Bi

数表示物体导热传热热阻与表面换热热阻的比值，即：





hl

h

l

Bi

1

，

当0Bi时，即，0



l

，导热热阻远小于表面换热热阻，

h

l1





，

为第三类边界条件；

当Bi时，即h

h

0

1

，此时表面换热热阻远小于导热热阻，



l

h



1

，为第一类边界条件；

（2）不赞同，代表绝热工况是不正确的，0Bi表示边界热阻相对于内部热

阻较大，边界上有热流；而绝热工况是边界上没有热流。

5．（华电，03）解释螺旋管、短管和小管径管强化传热的原理。6

答：管内的传热热阻主要集中在边界层处，螺旋管的作用是增加流体在管内扰动，

破坏边界层，减薄边界层厚度，螺旋管内的流体在向前运动的过程中连续地

改变方向，因此会在横截面上引起二次环流而强化传热。

短管的作用主要是加强入口段效应以强化传热，在入口段流体流速增加，边

界层减薄，从而强化传热。

小管径管：相同质量流体通过小管径管的流速大于大管径管，可以减薄边界

层厚度，增加表面传热系数，减小表面传热热阻，强化传热。相同质量流体

用多根小管径管代替大管径管可以增加比表面积，强化传热。

6．（华电，03）由三个表面组成了一个封闭的系统，其中表面3为重辐射面，画

出该系统辐射换热的网络图，注明各热阻的表达式。

答：系统辐射换热的网络图如下所示：

三、计算题（每小题20分，共40分）

1．（华电，03）在考虑一建筑物冬天的采暖设计中，需要确定墙壁的散热情况，

已知墙壁的厚度为cm40，墙壁材料的导热系数为KmW/25.0，要求室内的

空气温度在℃18，墙壁外侧和内侧的表面传热系数分别为KmW2/34和

KmW2/8，计算下面两种情况下通过墙壁的热流密度为多少？

（1）在白天，室外空气的平均温度为-5℃，该墙壁外侧实际吸收环境的总辐

射能为2/80mW；

（2）在夜晚，室外空气的平均温度为℃10，天空的有效辐射温度为℃30，

墙壁的发射率为0.85。

2．（华电，03）某ht/220高压锅炉的低温省煤器采用叉排、逆流布置，管子为

mm325，横向节距mm70，纵向节距mm30，总的受热面积为2570m，已知

烟气的入口温度为℃384，通过省煤器的实际烟气流量为sm/1423，烟气平均

流速（最小截面处）为sm/5.8，给水的入口温度为℃215，给水流量为

skg/6.59。管材的导热系数为KmW/30，壁面的灰污热阻取Km2002.0，

忽略烟气侧辐射换热的影响和管内侧对流换热热阻。

（1）计算烟气侧的表面传热系数；

（2）计算受热面的总传热系数，为何忽略管内侧对流换热热阻？

（3）该受热面积能否将给水温度加热到℃245？

附注：

(1)推荐的外掠叉排管束对流换热实验关联式为：

36.06.0

2.0

2

1PrRe35.0

fffs

s

u



















，

2

2

1

s

s

36.06.0PrRe4.0

fff

Nu

，

2

2

1

s

s

式中定性温度为管束进出口流体的平均温度，按管束的平均壁温计算，特征

速度为最小截面处的平均流速，特征尺度取管子外径。

（2）烟气和水的物性参数：

烟气在平均温度下的热物理性质如下：

)/(kg/m3K)]/[kJ/(kg

p

c

K)]/[W/(m102/s)/(m1026Pr

0.571.1355.25520.645

水的定压比热近似取KkgJ/68.4

华北电力大学2004年硕士研究生入学考试试题

一、选择和填空（每小题5分，共50分）

1．（华电，04）下列材料在常温下导热系数最大的是a。

(a).纯铜；(b).纯铁；(c).黄铜；(d).不锈钢

2．（华电，04）通过单层圆筒壁导热的热阻表达式为

l

rr

2

ln

21。

3．（华电，04）一个含有内热源的大平板，其导热系数为KmW/50

，测得在

稳定情况下，其内部温度分布为：2250050xt，则平板内的内热源生成率

为35/W105.2m。2

4．（华电，04）大空间饱和沸腾曲线可分为自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳

定膜态沸腾四个阶段。7

5．（华电，04）对于管内湍流换热的实验关联式，当管长较短时，需要进行入口

效应修正，其修正系数是一个a（a大于1；b小于1）的值。

6．（华电，04）毕渥准则数

i

B的表达式为



hl

B

i

，傅里叶准则数

o

F的表达式为

2l

a

F

o



。

7．（华电，04）附图1中表面1对表面2的角系数

2,1

X为0.125。[已知

1.0

.2



A

X，15.0

)1(,2



A

X]

附图1

8．（华电，04）对于粘度很大的油，当进行外掠平板的对流换热时，在同一位置，

其流动边界层厚度和温度边界层厚度的关系是：b（a．

t

；b．

t

；

c．

t

）

9．（华电，04）一个肋片，测得其肋基处温度为℃80，周围气体温度为30℃，表

面传热系数取KmW2/20，肋片表面积为22.0m，查得该肋片的效率为0.6，

则该肋片的实际散热量为W120。2

10．（华电，04）一个可近似认为是漫射灰体的表面，其温度为K500，表面的发

射率为0.5，测得该平板得到的投入辐射为2/800mW，此时该平板的有效辐

射为2/879.2171mW。8

二、简答题（每小题8分，共40分）

1．（华电，04）解释定向辐射强度和辐射力，对于黑体，给出二者的关系式。

答：定向辐射强度：单位时间内，单位有效可见面积发射出去落在单位立体角上

的辐射能。定向辐射强度与方向无关，即：





cos





dAd

d

L。

辐射力：单位时间内，单位有效面积辐射出去落在单位立体角上的辐射能。

LE

2．（华电，04）以外掠平板的对流换热为例，对流换热问题的数学描述包括哪些

方程（只需要文字叙述即可）？理论上如何求得表面传热系数？5

答：对流换热问题的数学描述包括：能量方程；动量方程；质量方程。

以上方程加上定解条件并结合对流换热微分方程

0







yy

t

t

h



，可解得某处

的对流换热系数

x

h，积分得对流换热系数dxh

l

h

xm

1

。

3．（华电，04）为强化一台冷油器的传热，有人采用提高冷却水流速的方法，但

发现效果并不显著。试分析原因。10

答：强化传热的原则是：强化传热系数小，热阻大的一侧。而水的表面换热系数

比油的表面换热系数大，水侧表面换热热阻相对于油侧的表面换热热阻较小，

因此主要传热热阻在油侧，所以强化水侧的换热效果不明显，应强化油的换

热。

4．（华电，04）为什么少量的不凝结气体存在就会使凝结换热大大恶化？7

答：⑴不凝结气体的存在会降低水蒸气的分压，从而降低水蒸气开始凝结的凝

结温度，使蒸气降低到更低的温度才能放出汽化潜热，使凝结换热恶化。

⑵由于不凝结气体的存在使得蒸汽的热量向壁面传递过程中增加了一个热

阻，而且不凝结气体的热阻很大，所以使凝结换热大大恶化。

5．（华电，04）太阳能集热器的结构通常是将一组集热管放在一个密封的箱体内，

上面是透明的玻璃板。解释为何采用这样的结构，对集热管表面的涂层有什

么样的要求？8

答：集热管放在密封的箱体内是为了防止集热管与外面空气对流换热放出热量；

太阳有效辐射大部分集中在短波范围内，集热管上的玻璃对太阳辐射的短波

是透明的，短波可以通过玻璃被集热管吸收；集热管的辐射集中在红外线范

围内，玻璃对红外线是不透明的，玻璃将集热管辐射的红外线阻挡在集箱内

起到保温作用。

集热管表面的涂层应是表面发射率小的材料，即：集热管的表面换热热阻

A

1

大，使集热管的有效辐射减小。

三、分析求解（各7分，共14分）

1．（华电，04）如附图2所示一个常物性、无内热源的二维稳态导热问题，列出

图中角部节点A的差分方程式。

0

2222

























y

tth

x

q

x

y

tt

y

x

tt

Af

AC

AB

2．（华电，04）一块大平板，一侧被电加热器均匀加热，另一侧为第三类边界条

件，通电前平板处于环境温度，电热器给出恒定的热流密度2/mWq。现突

然合上开关。画出初始状态和最后稳定以及中间两个时刻平板内的温度分布

曲线。

答：如图所示：初始时刻为1线，此时大平板的温度为℃

f

t。中间时刻两条曲线

为1和2线。最后稳定后的温度分布为4线。

四、计算题（共46分）

1．（华电，04）（11分）储存液氮的钢瓶采用中间抽真空的双层结构。若刚装入

液氮后，内筒壁的温度为℃196-，外筒壁的温度为-℃30，内、外筒壁的面积

分别近似为203.0m和235.0m，内、外筒表面的发射率均为0.45。

（1）计算此时单位时间钢瓶的散热量？

由角系数的性质得：

21,212,1

AXAX，1

1,22,1

XX

可解得：1

2,1

X，

2

12,1

1,2A

AX

X

2

4

4

1

1

/993.1

100

196273

67.5

100

273

mW

t

E

ob



































2

4

4

2/918.477

100

30273

67.5

100

273

mW

t

E

obo



































单位时间钢瓶的散热量为：

W367.4

45.0035.0

45.01

03.01

1

45.003.0

45.01

993.1918.477

1

1

1

22

2

12,111

1

12





























）（









AAXA

EE

bb

（2）为进一步减少散热损失，可采用哪些方法？

答：①在内、外筒涂上发射率低的材料，增加表面热阻。

②在内、外筒之间安装遮热板，减少内、外筒之间的换热。

2．（华电，04）（15分）一台逆流式换热器刚投入工作时，测得的运行参数如下：

热流体的进出口温度分别为

C360

1





t

和

Ct300

1





，冷流体的进出口温

度分别为

C30

2





t

和

Ct002

2





，热流体的热容量

11

2500W/Kcq

m

，换

热器的面积为2892.0m。10

（1）计算该换热器在刚投入工作时的传热系数；

（2）若运行一年后，在冷、热流体的进口温度

),(

21



tt

及热容量),(

2211

cqcq

mm

保

持不变的情况下，测得冷流体只能被加热到℃162，计算此时该换热器的传热

系数；

（3）一年后换热器的污垢热阻为多少？

解：（1）由能量平衡方程：)()(

22221111

ttcqttcq

mm















得：



KW

tt

ttcq

cqm

m

/35.882

30200

3003602500

)(

22

1111

22























换热量Wttcqtcq

mm

5

1111111

105.1)300360(2500)(









对数平均温差

℃

）（

）（

325.210

200360

30300

ln

)200360()30300(

ln

)()(

ln

21

21

2121

min

max

minmax













































tt

tt

tttt

t

t

tt

t

m

由

111

Atcqtk

mm

得：

53.799

210.3250.892

602500

A

111













m

m

ot

tcq

k

)/(2KmW

（2）由题知：C360

1





t，C30

2





t，Ct162

2





由能量平衡方程：)()(

22221111

ttcqttcq

mm















得：℃41.313

2500

)30162(35.882

360

)(

11

2222

11





















cq

ttcq

tt

m

m

℃

）（

）（

91.237

162360

3041.313

ln

)162360()3041.313(

ln

)()(

ln

21

21

2121

min

max

minmax













































tt

tt

tttt

t

t

tt

t

m

由

111

Atcqtk

mm

得：

85.548

237.910.892

59.462500

A

111













m

m

t

tcq

k

)/(2KmW

（3）污垢热阻为：000571.0

53.799

1

85.548

111



o

fkk

RWKm/2

3．（华电，04）（20分）有一块铝合金板，表面温度被均匀加热到℃227，然后

垂直地悬挂在一房间内进行冷却，室内环境空气温度和周围墙壁温度分别为

℃21

和℃17。已知板的面积是23.03.0m

，厚度为mm15，表面发射率（黑度）

为0.25。

（1）假定在冷却过程中任何时刻，板的内部温度均匀，建立一个表示板的温

度随时间而变化的关系式。

（2）计算在冷却的最初时刻，表面换热系数为多少？

（3）计算在冷却的最初时刻，它的冷却速率（K/s）为多少？

附：（1）铝合金板的密度取3kg/m2660，比热取KkgJ/871

；

（2）推荐的自然对流换热的实验关联式：nGrCNuPr)(，对于符合理想气

体性质的气体，格拉晓夫准则数中的体积膨胀系数

T1

，定性温度取边界

层的算术平均温度，式中

n，C

由下表确定：

加热面形

状与位

置

流动情况

示意

流态系数C系数nGr适用范围

竖平板或

竖圆柱

层流

0.591/4104~3×109

过渡

0.02920.393×109~2×1010

湍流

0.111/3>2×1010

（3）干空气的热物理性质如下：

t/℃)/(kg/m3

K)]/[kJ/(kg

p

c

K)]/[W/(m102/s)/(m1026Pr

1000.9461.0093.2123.130.688

1200.8981.0093.3425.450.686

1400.8541.0133.4927.80.684

华北电力大学2005年硕士研究生入学考试试题

一、选择和填空（每小题5分，共50分）

1．（华电，05）下列物质在常温下导热系数最小的是（B）。

(A)水(B)空气(C)玻璃(D)岩棉板

2．（华电，05）对于等截面的直肋片，沿着肋片的高度方向，肋片横截面上导热

的热流量逐渐（B）。

(A)变大(B)变小(C)不变(D)不确定

3．（华电，05）在横掠管束的对流换热中，平均的表面对流换热系数随管排数的

增加（在前几排）而（A）。

(A)增加(B)不变(C)变小(D)不确定

4．（华电，05）对于等温线而言，以下不正确的描述是（A）。

(A)不同温度的等温线可以相交(B)等温线可以封闭(C)等温线可以终止

于边界

5．（华电，05）工程上主要的辐射性气体包括二氧化碳、水蒸气、二氧

化硫、甲烷、氟里昂和一氧化碳等，气体辐射具有选择性和容积性的

特点。8

6．（华电，05）努塞尔在对纯净蒸气层流膜状凝结换热进行理论分析求解时，忽

略了液膜流动过程中的（C）。7

(A)重力(B)粘性力(C)惯性力

7．（华电，05）附图1中表面1对表面2的角系数

2,1

X为0.125。[已知

1.0

.2



A

X，15.0

)1(2



A

X]

附图1

8．（华电，05）对于粘度很小的液态金属，当进行外掠平板的对流换热时，在同

一位置，其流动边界层厚度和温度边界层厚度的关系是（C）。

(A)

t

（B）

t

（C）

t



9．（华电，05）描述黑体辐射能量在空间方向分布规律的是（B）。8

(A)普朗克定律(B)兰贝特定律

(C)维恩位移定律(D)斯忒藩—波尔兹曼定律

10．（华电，05）一个可近似认为是漫射灰体的表面，其温度为K300，表面的发

射率为0.7，测得该平板得到的投入辐射为2/800mW，此时该平板的

有效辐射为2/5.561mW。

二、分析和问答题（每小题8分，共40分）

1．（华电，05）一个常物性、含均匀内热源的二维稳态导热问题，在直角坐标系

中利用有限差分的数值方法进行求解，试列出任意内部节点的差分方程

yx

。

015

14

13

12























yxx

y

tt

y

x

tt

x

y

tt

y

x

tt



2．（华电，05）什么是黑体、灰体？它们和黑颜色物体、灰颜色物体有何区别？

答：发射率为1的物体为黑体；

光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体；

黑色的物体是物体吸收了可见光中所有的波长的光；

灰颜色的物体是物体吸收了可见光中此波段的光。

3．（华电，05）画出大容器饱和沸腾曲线，并注明各个区域的名称，解释临界热

流密度的概念。

25/10mWq

在核态沸腾与过渡沸腾区段，热流密度q随温差增大而增大，而在两区段过

渡时，达到的最大热流密度

max

q，称为临界热流密度。

4．（华电，05）试说明Bi数的物理意义，0Bi和i各代表什么样的换

热条件？有人认为0Bi代表绝热工况，你是否赞同这一观点，为什么？

答：Bi数是物体内外热阻之比的相对值，

0Bi说明传热热阻主要在边界上，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法

进行分析求解；

i说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁面温度就是流体温度；

0Bi代表绝热工况是不正确的，0Bi表示边界热阻相对于内部热阻较

大，边界上有热流；而绝热工况是边界上没有热流。

5．（华电，05）影响自然对流换热的因素有哪些？大空间和有限空间的自然对流

换热是如何划分的？7

答：影响自然对流换热的因素有：流体流动起因；流体有无相变；流体流动状态；

换热表面的几何因素；流体的物理性质。

所谓无限大空间是指边界层可以自由生长的空间；而有限空间是指边界层相

互干扰的空间。

三、计算题（每小题15分，共60分）

1．（华电，05）一厚为cm10的金属大平板，一侧绝热，另一侧暴露于温度为℃30

的空气中，表面与空气之间的表面传热系数为

K)W/(m4502，通电后平板内

相当于有36W/m100.3的均匀内热源，平板的导热系数为

K)W/(m18

。

（1）写出描述该问题的数学描述（导热微分方程和边界条件）；

解：该问题导热微分方程和边界条件







































)(

00

0

2

2

f

tth

dx

dt

x

dx

dt

x

x

t





，

，

（2）确定平板中的最高温度及其位置。

解：由导热微分方程和边界条件解得温度分布为：

f

t

h

xt

















22

2

所以当

0x

时温度取得最大值，即：

℃18030

450

1.0103.0

1.0

182

103.0

2

6

2

6

22





















f

t

h

xt







2．（华电，05）有一暖水瓶胆，可近似看成直径为mm100，高为mm260的圆柱

体，瓶胆夹层（很薄）抽成真空，其表面发射率（黑度）均为0.05，盛满开

水的初始瞬间，夹层两壁温度可近似取为℃100和℃20。

（1）试求此时通过瓶胆散热的热流量？

其中：

21

AA，

21



2

4

4

i

/535.1097

100

100273

67.5

100

273

mW

t

Ei

ob



































2

4

4

/882.417

100

20273

67.5

100

273

mW

t

Eo

obo



































W423.1

1

05.0

05.01

2

26.01.0882.417535.1097

1

1

1

22

2

12,111

1

i































）（

AAXA

EE

bob

（2）计算此时暖瓶内水温的平均下降速度/s℃

？[水的物性参数见附录。]

由能量平衡方程：





d

dt

cV得到：/s1072.1

26.0

4

1.0

42204.958

423.1

4

2

℃















cVd

dt

3．（华电，05）要选择一台采用逆流布置的管壳式水—水换热器，要求的条件是：

管内为热水，进出口温度分别为

C100

1





t

和

C80

1





t

；管外为冷水，进出

口温度分别为

C20

2





t

和

C70

2





t

；总换热量为kW350。

（1）若近似选定的换热器总传热系数为KmW2/1100，计算换热器的面积

应不小于多少？

⑴管内热水的进出口温度为：

℃100

1





t，℃80

1





t

管外冷水的进出口温度为：

℃20

2





t，℃70

2





t

对数平均温差为：℃29.43

30

60

ln

3060

ln

min

max

minmax













t

t

tt

t

m

由式

m

tKA

解得：2

3

35.7

29.431100

10350

m

tK

A

m















（2）满足该换热条件下，要求的热水质量流量为多少？[水的物性参数见附录]

定性温度为：℃90

2

80100

2

11













tt

t

由能量平衡方程：



1111

ttcq









得：



skg

ttc

q/16.4

801004208

103503

111

1



















4．（华电，05）在上一计算题中，若换热器内的管束采用的是内径mm16、壁厚

为mm1的钢管，管子的总数为53根。

（1）计算管内的表面传热系数为多少？[若没有求出上题的结果，可假定热水

流量为5kg/s，推荐的实验关联式及流体的物性参数见附录。]

解：由题知：

md016.0

，

m001.0

热水的流速为：

sm

d

n

q

u/405.0

016.014.3

4

533.965

16.44

22

1













定性温度为：℃90

2

80100

2

11













tt

t，sm/10326.026

44

6

1010986.1

10326.0

016.0405.0

Re









ud

所以处于湍流

108.7795.110986.1023.0Pr0.023ReNu4.0

8.0

40.30.8

KmW

d

Nu

h



2/107.3277

016.0

68.0108.77

（2）管材的导热系数为KmW2/40，管外流体的总表面传热系数

KmW2/1500，管子内外清洁，计算总传热系数。

解：由换热方程式：

ldhl

dd

ldh

tt

oo

io

ii

fofi



1

2

ln

1









fofiofofio

ttldkttkA

联立上式得：

KmW

h

ddd

dh

d

k

o

ioo

ii

o















2/47.944

1500

1

016.0

018.0

ln

402

018.0

016.0107.3077

018.0

1

1

2

ln

1



附录：1推荐的管内对流换热实验关联式为：

（1）层流

















10PrRe,8.9~044.0

17000~5.0Pr,2200R

)()Pr(Re86.114.03/1

l

d

e

l

d

Nu

e

w

f

w

f

e









（2）湍流













20~7.0Pr

102.1~10Re

Pr0.023ReNu

54

0.30.8

式中定性温度为流体的平均温度，特征长度取管子内径。

2饱和水的热物理性质：

℃/t



3kg/m

p

c

K)kJ/(kg

210

K)W/(m

810a

sm/2

610

/sm2

Pr

20998.24.18359.914.31.0067.02

30995.74.17461.814.90.8055.42

40992.24.17463.515.30.6594.31

50988.14.17464.815.70.5563.54

60983.14.17965.916.00.4782.99

70977.84.18766.816.30.4152.55

80971.84.19567.416.60.3652.21

90965.34.20868.016.80.3261.95

100958.44.22068.316.90.2951.75

华北电力大学2006年硕士研究生入学考试试题

一、选择和填空（每小题5分，共50分）

1．（华电，06）为了对一电厂省煤器的换热进行强化，提高B的表面传热系数

效果会会最明显。

(A)管内水侧(B)管外烟气侧(C)一样

2.（华电，06）在圆筒壁稳态导热问题中,当内壁温度

1w

t小于外壁温度

2w

t时，其

壁内温度分布应为附图中的A（A；B；C）。

3．（华电，06）一个肋片，测得其肋基处温度为℃50，周围气体温度为℃20，

表面传热系数取K)W/(m152，肋片表面积为22.0m，查得该肋片的效率为

0.5，则该肋片的实际散热量为W45。

4．（华电，06）壁面绝热的情况属于B边界条件。

(A)第一类(B)第二类(C)第三类

5．（华电，06）在努塞尔关于膜状凝结理论分析的8条假定中，最主要的是下面

那一条B

（A）常物性（B）膜内温度分布是线性的

（C）蒸汽是静止的（D）液膜的过冷度可以忽略

6．（华电，06）自然对流换热实验的自模化是指表面传热系数与A无关的现

象。6

（A）特征尺度（B）定性温度

（C）表面几何形状（D）壁面换热条件

7．（华电，06）大容器饱和沸腾曲线可分为自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳

定膜态沸腾四个阶段。

8．（华电，06）下面材料中表面的法向发射率最大的是C。

（A）镀锌的铁皮（B）磨光的黄铜

（C）各种颜色的油漆（D）磨光的铬

9．（华电，06）工程上主要的辐射性气体包括二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、

甲烷、氟里昂和一氧化碳等，气体辐射具有选择性和容积性的特点。

10．（华电，06）附图中表面1对表面2的角系数

21

X

，

为

a

d

4



。[图中各表面在垂

直纸面的方向位无限长]

二、分析和简答题（每小题8分，共48分）

1．（华电，06）一个常物性、含均匀内热源的二维稳态导热问题，在直角坐标系

中利用有限差分的数值方法进行求解，试列出任意内部节点的差分方程

yx。

节点方程为：

015141312























yxx

y

tt

y

x

tt

x

y

tt

y

x

tt



2．（华电，06）煤粉颗粒在进入炉膛的加热升温过程可以当作一个集总体来分

析，试列出在着火之前描述其温度变化微分方程式，并注明式中各符号的名

称。

对于集总体，有0Bi，即煤颗粒内部温度均匀，则有微分方程式及定解条

件为;



























0

0

3

tt

d

dt

c

r

tth

f

，





其中：r—煤粉颗粒半径，—煤粉颗粒密度，c—煤粉颗粒比热容，h—对

流换热系数，t—煤粉颗粒任一时刻的温度，

f

t—烟气温度，—加热时间。

3．（华电，06）对于一个处于湍流流动的管内对流换热，示意画出局部表面传热

系数

x

h随管长的变化，并解释其原因。6

答：应为入口段产生入口段效应，在入口段形成了较薄的边界层，强化了传热，

所以，

x

h在入口段较大，又由于湍流的振动和混合作用使流动到充分发展阶

段后，传热系数趋于稳定。

4．（华电，06）解释不凝结气体存在对膜状凝结过程的影响。

答：不凝结气体是指是在工业凝气设备的凝结温度下不会凝结的气体。水蒸气凝

结时，不凝结气体积聚在液膜附近，蒸汽与液膜进行换热时必须通过这个气

体层的热阻，从而使对流换热系数降低，对膜状凝结起到了负面的影响。

5．（华电，06）在夏天的室外，人们感觉穿浅颜色的衣服会比深颜色衣服凉爽，

在钢厂的高温车间，工人穿浅颜色或深颜色衣服是否会有区别？并解释。8

答：不会有明显的区别。深色衣服易吸收可见光，浅色衣服易反射可见光，两种

衣服对其他波段的辐射波吸收与反射能力没有区别。

在室外，太阳辐射以可见光m22.0

为主，所以穿浅色衣服凉爽一些；在

钢厂的高温车间，热辐射以红外线

m2076.0

为主，所以工人穿深色与浅色

的衣服没有差别。

6．（华电，06）画出附图中三个表面辐射换热的网络图，并标出各个热阻的表达

式。[已知半球表面3是一个绝热表面]

三、计算题（第1、2小题各18分，第3小题16分，共52分）

1．（华电，06）一火车车窗尺寸宽为m8.0，高m6.0，玻璃的厚度是mm5，假如

在冬天，室内和室外的温度分别为和℃20和℃20，内侧的表面传热传热系

数K)W/(m62，外侧的表面传热传热系数为KmW2/100。玻璃的导热系数

为K)W/(m0.78，不考虑内外侧与环境的辐射换热。（1）计算通过此车窗

的散热量；（2）若采用中间真空的双层玻璃窗，在其它条件不变的情况下，

列出计算车窗的散热量的关系式。[只列出关系式，不需要计算，玻璃的表面

发射率为]2

解：⑴车窗的面积

mA48.08.06.0

，

m005.0

通过此车窗的散热量





W

hh

Att

oi

oi86.104

100

1

78.0

005.0

6

1

48.02020

11



















⑵换热系数为：

2,1

111121

1

Xhh

k

oi

























车窗的散热量为：







1

2121112121

2,1





























oi

oi

oi

oi

hh

Att

Xhh

Att

2．（华电，06）在一台逆流式换热器中，℃107的油被水冷却到℃30，油的比热

容为

K)J/(kg1840

，水的质量流量为

1.4kg/s

，比热容为

K)J/(kg4174

。水的

进出口温度分别为

℃20

2





t和℃60

2





t。

（1）换热器的总传热系数为

K)W/(m4502，计算此换热器的面积。

（2）油的质量流量为多少？

（3）若换热器的管壁很薄，可以近似看成是通过平壁的传热过程，且测得油

侧的表面传热系数为K)650W/(m2，水侧的表面传热系数为

K)W/(m35002，计算换热器的总污垢热阻。

解：⑴油的进出口温度为：

℃107

1





t，℃30

1





t

水的进出口温度为：℃20

2





t，℃60

2





t

对数平均温差为：902.23

10

47

ln

1047

ln

min

max

minmax













t

t

tt

t

m

℃

换热量为：

W233744206041744.1

2222









ttcq

由式：

m

tKA

得：2732.21

902.23450

233744

m

tK

A

m













⑵由能量平衡方程：

22221111

ttcqttcq























skg

ttq

ttcq

c/65.1

301071840

206041744.1

111

2222

1























⑶有污垢后的换热系数为：

WKm

hh

k

oi

/11.548

3500

1

650

1

1

11

1

2

o











污垢热阻为：WKm

kk

R

o

f

/000396.0

11.548

1

450

111

2

3．（华电，06）温度为℃20的空气以sm/10的速度横向掠过直径为cm5的圆管，

管壁表面温度保持在℃70，试计算表面传热系数和每米管长的换热量。

已知：确定平均表面传热系数的准则式为：

31PrReNnCu

式中：C及n的值见附表1；定性温度为2/）（



tt

w

；特征尺度为管子外径；

特征速度为来流速度。空气的物性参数见附表2

解：定性温度为：

C

tt

tfw

m









45

2

2070

2

查附表2得：

KmWsmP

r

22610795.2,/10455.17,6985.0

44

6

101086.2

10455.17

05.010











ud

R

e

，流动处于湍流区

查附表1：

618.0,193.0nC

，

418.236985.0.0)1086.2(193.0Pr3

1

618.04

3

1

n

eu

CRN

，

kmW

d

N

hu







2

2

2

09.13

05.0

10795.2418.23

，

每米管长的换热量为：

mWtdh76.102)2070(05.014.309.13

附表1

eRC

n

4~400.9110.335

40~40000.6830.466

4000~400000.1930.618

附表2:空气的物性参数

表2

t

℃



3/mkg

p

c

KkgkJ/

210

KmW/

610a

sm/2

610v

sm/2

rP

201.2051.0052.5921.415.60.703

301.1651.0052.6722.9160.701

401.1281.0052.7624.316.960.699

501.9931.0052.8325.717.950.698

601.061.0052.927.218.970.696

701.0291.0092.9628.620.020.694

华北电力大学2007年硕士研究生入学考试试题

一、选择和填空题（每小题4分，共40分）

1．（华电，07）对于等截面的直肋，沿着肋片的高度方向，肋片横截面上导热的

热流量逐

（B）

(A)变大（B）变小（C）不变（D）不确定

2．（华电，07）对于一个非稳态的导热问题，下面那一种情况下，更适合采用集

总参数法进行分析（C）3

(A)导热体的导热系数很大，表面对流换热也很强；

(B)导热体的导热系数很小，表面对流换热也很强；

(C)导热体的导热系数很大，表面对流换热也很弱；

(D)导热体的导热系数很大，导热体的尺寸很大。

3．（华电，07）常温下，碳钢的导热系数KmW/在下列哪个范围(B)

(A)0.1-10；(B)20-60；(C)100-150；(D)150-190

4．（华电，07）在横掠管束的对流换热中，每排管子上的表面对流换热系数随管

排数的增加（在前几排）而(A)

(A)增加；(B)不变；(C)变小；(D)不确定

5．（华电，07）对大容器的沸腾换热，工程上一般将其控制在下面的那种情况？

(B)7

(A)自然对流；(B)核态沸腾；(C)过渡沸腾；(D)稳定膜态沸腾

6．（华电，07）研究对流换热的一种方法是比拟法，它是指通过研究热量传递

和动量传递之间的共性，以建立表满传热系数与阻力系数相互关系的方法。

7．（华电，07）揭示黑体辐射能按照波长分布规律的物理定律是

(A)普朗克定律；(B)兰贝特定律；

(C)维恩位移定律；(D)斯忒潘—波尔兹曼定律

8．（华电，07）两种材料的光谱吸收比随波长的变化近似表示如附图1所示，如

选用其中一种作为太阳能集热器表面的图层，那一种合适(A)8

(A)材料A；(B)材料B；(C)都一样

9．（华电，07）关于气体辐射，下列描述中正确的是(D)

(A)二氧化碳、水蒸气和氮气都属于辐射性气体；

(B)气体的辐射和吸收特性近似于灰体；

(C)气体的辐射和吸收特性与容积有关，与其温度无关；

(D)以上都不对；

10．（华电，07）一台纯逆流布置的换热器，冷流体的入口温度为C20，出口温

度为C60，热流体入口温度为C100，出口温度为C50，该换热器的对数

平均温差为℃34.76。

二、分析和问答题（每小题7分，共35分）

1．（华电，07）用文字语言说明下面用数学描述给出的导热问题。2







































)(,,0

0,0,0

,0,0

0

2

2

f

tth

dx

dt

x

dx

dt

x

ttx

x

tt

c













常物性、无内热源、一维非稳态、无限大平板导热问题。

平板一侧绝热，另一侧为第三类边界条件，对流传热系数为h，流体温度为

f

t，

初始时刻温度为

0

t。

2．（华电，07）如附图2所示一个常物性、内热源均匀为。



的二维稳态导热体，

其右侧有温度为

f

t的流体，且与改壁面的表面传热系数为h。列出图4中的

有限差分方程式。

0)(

2224

4643

42



























ytth

yxx

y

tt

y

x

tt

x

y

tt

f





yh

x

y

y

x

yth

yx

t

y

x

t

x

y

t

y

x

t

f











































222632

4

3．（华电，07）如果把一块温度低于环境温度的大平板竖直地置于空气中，试画

出平板上流动及局部表面传热系数分布的示意图。

4．（华电，07）用热电偶来测量一个大直径管道中气体的温度，试分析测量温度

的准确性，为了减小误差可采用哪些措施？3

（1）热电偶的结点与大直径管道间有辐射传热。

（2）热电偶向管壁导热使热量散失。

由此导致热电偶结点温度比气体温度低，产生测量误差。

采取措施：

（1）加遮热罩，减少向管壁的辐射传热。

（2）采用抽气的方法增加对流传热使结点温度接近气体温度。

（3）减小热电偶的，减少向管壁的导热量，对管壁采取保温措施。

5．（华电，07）什么情况属于膜状凝结？从换热表面的结构和布置形式而言，强

化膜状凝结换热的基本思想是什么？7

凝结换热时蒸汽在壁面上凝结过程中形成均匀的液膜。

（1）换热表面的结构：采用螺纹管可以破坏液膜强化传热，采用的凝结表面

应该能够对液膜起扰动作用，使液膜层减薄。

（2）布置方式：应尽可能使凝结面垂直布置，使液膜迅速下流，减薄液膜层

（3）外部强制对流：施加一定速度的气体破坏液膜。

三、计算题（每小题25分，共75分）。

1．（华电，07）一有4种材料组成的复合平面，其断面如附图3所示，复合壁的

上下表面绝热，两侧与流体仅进行对流换热，取垂直于纸面方向单位长度进

行分析。

⑴画出系统的热阻分析图；

⑵若已知：复合壁的几何尺寸如下：

0.1m;L2,0.05mL3L11.5mHCHB3m,H

mH3，四种材料的导

热系数分别为：KmW

DA

/50，KmW

B

/10，KmW

B

/1；

两侧的流体温度和表面换热系数分别为：℃200

i

t，)/(502KmWh

i

，

℃25

0

t，)/(102

0

KmWh；计算通过该复合壁面的传热量；

⑶该问题是否为严格的一维问题。

（1）

（2）

WKm

HhAh

R

ii

/006667.0

350

111

2

1

1







Wkm

H

L

A

R

AAA

A

A

/000333.0

350

05.0

1









WKm

A

R

BB

B

B

/006667.0

5.110

1.0











WKm

A

R

CC

C/066667.0

5.11

1.0

C











WKmR/00606.0

99.14925.149

1

R

1

R

1

1

CB











并

WKm

A

R/000333.0

350

05.0

DD

D

D











WKm

HhAh

R/03333.0

310

111

2

010

2







0.0467

2DA1

RRRRRR

并总

3747.32W

0467.0

25200

0









总

R

tt

i

（3）不一定，在B与C相接触的面上，是否发生传热与温度是否相同有关，

而温度的分布与B和C的导温系数

p

c

a





有关。

2．（华电，07）采用一个电加热管对冷水进行加热。加热管的内径为cm3，管子

外表面均匀地绕着电阻带作为加热器，其外还包有保温层，加热管总长m5。

已知冷水的温度为℃15，希望每小时能提供m6.03、温度为℃65的热水。

⑴计算该电加热器的功率应为多少（忽略保温层的散热损失）；

⑵估计出口处管子的内壁温度为多少。

附录1：饱和水的热物理性质：

℃t



3/mkg

)/(Kkgkj

c

p

KmW



/

102

sm/

10

2

6

sm/

10

2

6

rP

10999.74.19157.413061.3069.52

20998.24.18359.910041.0067.02

30995.74.17461.8801.50.8055.42

40992.24.17463.5653.30.6594.31

50988.14.17464.8549.40.5563.54

60983.14.17965.9469.90.4782.99

70977.84.18766.8406.10.4152.55

附录1：推荐的管内对流换热的实验关联式：层流：66.3Nu，湍流：

0.40.8Pr0.023ReNu。

⑴定性温度为：℃40

2

6515

2

21









tt

t

m

（其中

1

t是冷水温度，

2

t是热水

温度）

所以饱和水的热物理性质为：3/2.992mkg，4174

p

cKkgJ/，

635.0KmW/，610659.0sm/2，31.4Pr。

电加热器的功率为：

W02.3451215654174

3600

6.0

2.992

V

tcqtcq

ppm



⑵特征长度为6067.166

03.0

5



d

l

流速为：

sm

d

q

uV/2359.0

03.014.3

4

3600

6.04

360022









44

6

1010074.1

10659.0

03.02359.0

Re









ud

所以处于湍流

23.6931.410074.1023.0Pr0.023ReNu4.0

8.0

40.40.8

KmW

d

Nu

h



2/35.1465

03.0

635.023.69

℃115

503.014.335.1465

02.34512

65

2











hA

tt

w

3．（华电，07）两个相互平行且正对着的正方形平面被放置到了一个便面很大的

房间，平面的边长m4.0、且相距m4.0。两平面的温度分别为℃5001t，

℃2002t，两平面的背面绝热，房间墙壁的温度为℃203t。画出下面两种

情况下两表面之间辐射换热的网络图，并计算表面1的净辐射换热量。[已知

两表面间的角系数

0.2]X2,1X1,2

解：因为1XX

3121



，，

则8.0X1X

2131



，，

同理，8.0X

32



，

⑴两表面均为黑体材料；

计算各热阻：

2

3,11

2

2,11

81.7

8.04.04.0

11

25.31

2.04.04.0

11

















m

XA

m

XA

2

44

3

033

23

44

2

02

23

44

1

01

/8.417

100

27320

67.5

100

273

C

/1084.2

100

273200

67.5

100

273

C

/1011.6

100

273500

67.5

100

273

C

mW

t

EJ

mW

t

E

mW

t

E

b

b

b







































































































W

AX

EE

AX

EE

bbbb46.833

11

13,1

31

12,1

21

31211











，，

⑵两平面均为发射率

6.0

21



的漫射灰体材料。

计算各热阻：

W

AAX

EE

AAAX

EE

m

A

m

A

m

XA

m

XA

bbbb73.557

11111

17.4

6.04.04.0

6.011

17.4

6.04.04.0

6.011

81.7

8.04.04.0

11

25.31

2.04.04.0

11

11

1

13,1

31

22

2

11

1

12,1

21

31211

2

22

2

2

11

1

2

3,11

2

2,11





















































































，，

华北电力大学2008年硕士研究生入学考试试题

一、选择和填空题（每小题4分，共40分）

1．（华电，08）对于描述温度场的等温线而言，以下正确的是（C）2

（A）不同温度的等温线可以相交（B）等温线不可以封闭

（C）可以终止于边界

2．（华电，08）冬天，在室外放置时间很长的两个物体，一个为金属材料，一个

为木质材料，两物体形状、大小相同，但手摸上去感觉的冷热程度不一样，

这主要是由于

（A）2

（A）两种材料的导热系数不同（B）两种材料的密度不同

（C）两种材料的温度实际不同

3．（华电，08）一无内热源的无限大平板中的温度分布可以表示成

32

2

1

cxcxct的形式，其中

1

c、

2

c和

3

c为已知的常数，导热系数为。此

时刻在0x的表面处的热流密度为2

2

/)(mWc

4．（华电，08）下面关于实际物体热辐射特性的标书中，正确的是（C）

（A）光谱吸收比等于常数（B）光谱发射率等于常数

（C）定向辐射强度与空间方向有关

5．（华电，08）测得炉膛火焰温度为℃1227，从炉膛的观火孔中透出的最大光谱

辐射能量所对应的波长约为（

m)933.1(

6．（华电，08）在室内一根未保温的钢管内通入℃100的饱和水蒸气，用来加热

室内空气，如果要强化传热效果，下面方法中那一种最有效（B）

（A）采用内螺纹管（B）在管外安装肋片（C）改用铜管

7．（华电，08）某厂锅炉正常运行时，采用裸露的热电偶测量省煤器入口区域的

烟气温度，如果测量系统工作正常，稳定后，测得的烟气温度（A）2

（A）小于烟气实际温度（B）大于烟气实际温度（C）等于烟气实际温度

8．（华电，08）水流过一个℃125的恒温水平壁面，已经测出某处壁面法线方向

的水流温度分布为





















8

3

107.2

001.0

50125

yy

t，y为离开壁面法向距离，

单位m。如果水的主流温度为℃25，水的导热系数取KmW/643.0，则此

处的表面换热系数为（321.5）KmW2/。

9．（华电，08）对于粘度很大的油，当进行外掠平板的对流换热时，在同一位置，

其流动边界层厚度和温度边界层厚度

t

的关系是（B）

（A）

t

(B)

t

(C)

t



10．（华电，08）格拉晓夫数rG的数值增大，表示（B）

（Ａ）惯性力的作用相对增大（B）浮升力的作用相对增大

（C）粘滞力的作用相对增大

二、简答题（每小题7分，共35分）

1．（华电，08）你是否做过测量材料导热系数的实验？若做过，简述其实验基本

原理，若没有做过，自己设计一个测量材料导热系数的实验系统。6

答：做过测量材料导热系数的实验。

原理：将被测量的元件做成厚度为，半径为R的圆片，其中R。

将实验元件放在接触紧凑的两温度不同的被加热的平板之间，由于R可

以认为只有在厚度方向的传热。测量出其换热量



及两平板的温度

1

t和

2

t，

由公式：

2

2121

4

R

tt

A

tt















可以得出

2

21

4

Rtt











2．（华电，08）相对于静止蒸汽的膜状凝结过程，蒸汽的流动对其膜状凝结有何

影响，并简单解释。

答：⑴当蒸汽以一定的流速流动时，可以冲刷液膜层使液膜层减薄，强化蒸汽

的凝结换热。

⑵当蒸汽的流动方向与液膜层的流动方向一致时，蒸汽的流动可以拉伸液膜

层，使液膜层减薄，强化蒸汽的凝结换热。

⑶当蒸汽的流动方向与液膜层的流动方向相反时，蒸汽的流动可以减缓液膜

层的下流增加液膜层的厚度，消弱了蒸汽的凝结换热。

3．（华电，08）对于表面的辐射性质，什么样的表面属于漫射表面？什么样的表

面属于灰表面?

答：⑴符合兰贝特定律的表面是漫射表面，即：单位时间物体单位可见面积向

半球空间的单位立体角发射出去的辐射能为定值。定向辐射强度在半球空间

各个方向的辐射相等，即：定向辐射强度与方向无关。

⑵光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体，即：=常数。工程上的物体

一般都低于K2000，此时，物体的光谱吸收比不随波长而变化，可以认为是

灰体表面。

4．（华电，08）夏天，从冰箱拿出来的一个长圆柱形冰块悬吊在室内，过一段时

间后，其上部和下部相比，那个地方溶化的更快？并解释。6

答：上部溶化更快些。

⑴如图2所示，在长圆柱的顶部的自然对流换热系数最大。

⑵由于冷空气下沉作用，使得在下部的换热温差下降。

⑶在下部形成液膜层，增大换热热阻。

图2

5．（华电，08）主要的辐射性气体有哪些？气体辐射有何特点?8

答：主要的辐射性气体有：臭氧、二氧化碳、水蒸气、二氧化碳、甲烷、氯氟烃

和含氢氯氟烃（氟里昂）等三原子、多原子以及结构不对称的双原子气体(一

氧化碳)。

气体的辐射特性：

⑴气体辐射对波长具有选择性；

⑵气体辐射是在整个容器中进行的，与容器的形状有关；

⑶不同气体的辐射和吸收本领不同。

三、（华电，08）（15分）厚度为2的无限大平板，材料的导热系数为，初始0

时内部温度均匀为

0

t，然后将其放置于介质温度为



t

的流体中进行冷却，流

体是流动的，故可以流体的温度不变，两侧表面与流体之间的表面传热系数

为h。试定性画出下面几种情况下平壁内温度随时间变化情况（含初始、最

终和两个中间时刻的温度分布即可）。

（1）平壁的厚度2等于m0.1，材料的导热系数为



等于KmW/50

，表面

传热系数为

h

等于KmW2/10。

解：0.101.0

50

05.010









h

Bi,符合集中参数法，内部热阻可忽略。

1线：0，初始时刻；2线，3线为中间时刻；4线为最终时刻。

（2）平壁的厚度2等于m1.0，材料的导热系数为



等于KmW/1.0，表面传

热系数为

h

等于KmW2/5000。

解：2500

1.0

05.05000









h

Bi，此种情况表示内部热阻远远大于外部热阻，

1线：0，初始时刻；2线，3线为中间时刻；4线为最终时刻。

四、（25分（华电，08））厂房内有一外径为140mm蒸汽管道，其外部敷设有厚

度为30mm的保温材料，保温层内侧壁温为℃350，保温层外侧壁温为℃50，

保温材料的导热系数为KmW/1.0：6

1．试计算该蒸汽管道单位长度上的导热量。

解：

mdmd20.003.0214.0,14.0

21



，

该蒸汽管道单位长度上的导热量为：

mW

d

d

t

21.528

1.014.32

14.0

2.0

ln

50350

2

ln

1

2















2．若室外空气温度为℃10，空气以3m/s的速度横向吹过该管道，试计算单位长

度上外侧的对流散热量。

C

tt

tfw

m









30

2

1050

2，以此为定性温度；查得：

KkgJCKmWsmP

pr

1005,1067.2,/1016,701.0226

44

6

2101075.3

1016

2.03











ud

R

e，

流动处于湍流区，

618.0,193.0nC

，

048.115701.0)1075.3(193.0Pr3

1

618.04

3

1

n

eu

CRN

，

kmW

d

N

hu







2

2

2

36.15

20.0

1067.2048.115



，

mWtdh84.385)1050(20.014.336.15

3．上面计算的对流散热量与导热量是否相等？为什么？

答：



，即对流换热量与导热量不相等，因为存在辐射换热，对流换热系数

36.15h接近于自然对流换热范围，所以辐射换热的影响不能忽略。

附注：空气横掠圆管对流换热实验关联式为31PrRenCNu

式中：C及n的值见表1，定性温度为

2/



tt

w

，特征长度为管外径，特征

速度为来流速度。空气的物性参数见表2。

表1

ReC

n

0.4~40.9890.330

4~400.9110.335

40~40000.6830.466

4000~400000.1930.618

40000~40000000.02660.805

表2

t

℃



3/mkg

p

c

KkgkJ/

210

KmW/

610a

sm/2

610v

sm/2

rP

101.2471.0052.5120.014.160.705

201.2051.0052.5921.415.060.703

301.1651.0052.6722.916.000.701

401.1281.0052.7624.316.960.699

501.0931.0052.8325.717.950.698

五、(15分)如图1所示直径为m2.0的半球形几何体，半球表面3是绝热的，底

面被一直径分为两个部分。已知表面1温度为500K，表面2温度为K300，

表面1与表面2的发射率分别为0.3和0.7。

1．画出三个表面辐射换热网络图，并标出各个热阻的表达式。

2．计算表面1的净辐射热损失

3．计算表面3的温度。

答：1．如图所示

2．

22

2

23,213,111

1

21

211

11

1









AAXAXA

EE

bb











，

W10.17=

7.0

2

1

2.0

4

7.01

2

1

2.0

4

1

21

3.0

2

1

2.0

4

3.01

100

300

100

500

67.5

222

44

































































W17.10

211



，

所以表面1的净辐射热损失为10.17W

3．因为表面1和表面3的换热量等于表面1和表面3的换热量，即

2131，，



21

13,11

1

31

1

1，









AXA

EE

bb



























13,11

1

2113

1

1

AXA

EE

bb



，

=

















































2

1

2.0

4

1

1

3.0

2

1

2.0

4

3.01

17.10

100

500

67.5

2

4



=2/1384.5Wm

K

E

Tb380.67=

1067.5

5.1384

8

3

4

3







图1

六、（20分）某锅炉中装有一立式管式空气预热器，烟气纵向冲刷管内流动，空

气横向冲刷管外流动。已知烟气的流动为skg/35，设计情况下，入口温度为

℃250，出口温度为℃120表面换热系数为KmW2/80，烟气的比热取

KkgJ/1200。空气的流量为skg/30，入口温度为℃30，表面换热系数为

KmW2/70

，空气的比热取KkgJ/1000

。预热器漏风、管壁的厚度及热阻

可忽略不计，空预器的温压修正系数取0.9。10

1．计算热空气的出口温度

2．计算该预热器的总传热系数。

3．计算该预热器的面积

4．锅炉运行一段时间后，由于积灰，上述工况下（烟气和空气的流量、入口温

度、物性都不变）出口烟温升高了℃10，试计算灰污热阻。10

答：1．由能量平衡：

222111

tcqtcq

mm



下标1代表烟气参数，下标2代表空气参数



℃182

100030

12

22

111

2













cq

tcq

t

m

m

℃212

222









ttt

2．该空气预热器的总传热系数为：

KmW

hh

k







2

21

/33.37

70

1

80

1

1

11

1

3．对数平均温差为：

℃28.54

38

90

ln

3890

9.0

ln

9.0

min

max

minmax













t

t

tt

t

m

由能量守恒定律：

222111

tcqtcqtkA

mmm



所以：



2

1116.2694

28.5433.37

12

m

tk

tcq

A

m

m













4．由题知：℃250

1





t℃130

2





t℃30

2





t

222111

tcqtcq

mm



所以：



℃168

100030

13

22

111

2













cq

tcq

t

m

m

℃1981683

222









ttt

℃07.66

52

100

ln

52100

9.0

ln

9.0

min

max

minmax













t

t

tt

t

m

222111

tcqtcqtAk

mmm







Km

tA

tcq

k

m

m













2

111/W31.28

07.666.2694

13

WKm

kk

R

f

/0085.0

33.37

1

31.28

111

2





一、选择和填空题

1.常温（20℃）下，水的导热系数【W/(m·K)】在下列那个范围

（A）0.01～0.1;(B)0.1～1;(C)1～10;(D)10～100（第一章

2.如果70℃以上的水滴到皮肤上很容易就被烫伤，但若是同样温度

水蒸气的话，烫伤的可能性就大大降低，这主要是由于（）。

（A）水和水蒸气比热的差别；（B）水和水蒸气密度的差别；

（C）水和水蒸气导热系数的差别（第一章

3.怒塞尔在对纯净蒸汽层流膜状凝结换热进行理论分析求解时，忽

略了液膜流动过程中的（）

（A）重力（B）粘性力（C）惯性力（第七章

4.对于大容器的沸腾换热，临界热流密度是指下面那种情况下对应的

热流密度？（）

（A）自然对流与核态沸腾的转折点；（B）核态沸腾与过渡沸腾

的转折点；（C）过渡沸腾与稳态膜态沸腾的转折点（第七章

5.黑体的有效辐射＿其本身辐射，而灰体的有效辐射＿其本身辐射。

（A）大于，大于；（B）大于，等于；（C）等于，等于；（D）

等于，大于（第八章

6.在横掠管束的对流换热中，平均的表面换热系数随管排数的增加

（在前几排）而（）。

（A）增加；（B）不变；（C）变小；（D）不确定（第六章

7.有一用烟气加热水的换热器，为了强化其传热效果，要把助片加在

哪侧？（）第十章

（A）烟气侧；（B）水侧；（C）高温流体侧；(D)低温流体侧

8.描述黑辐射能量在空间方向分布规律的是（）。

（A）普朗克定律；（B）兰贝特定律；（C）维恩位移定律；（D）

玻尔兹曼定律（第八章

二、简答题

1.采用助片是增加散热的一个重要方式，通常采用助效率表征助片散

热的有效程度，助效率是如何定义的？助效率是否越大越好？第二章

2.试简要说明对导热问题进行有限差分数值求解计算的基本思想与

步骤。第四章

3.对流换热问题完整的数学描述应包括那些内容（只需要用文字描述

即可）？既然大多数实际对流换热问题无法求得理论解，那么建立对

流换热问题的数学描述有何意义？第五章

4.管内湍流强制对流换热时，Nu数与Re数和Pr数有关。试以电加

热方式加热管内水的强制对流换热为例，说明在实验过程中应测定那

些物理量。第五章

5.用传热学的观点解释大气温度效应。第八章

三、一块厚度为



的无限大平板，初始情况下其内部温度均匀且等

于周围的环境空气温度

t，现突然对一侧进行电加热，电热器具有

恒定的热流密度q

2mW，另一侧仍暴露在空气中，假定平板的物性

参数为常数。（1）试示意性画出平壁内温度随时间变化情况（含初

始、最终和两个中间时刻的温度分布曲线即可）：（2）写出该问题的

数学描述。第二章

四、一房间内安装有一方形暖气片，其结构尺寸为：高600mm，外

表面积为0.3㎡如果在冬天维持室内温度15℃，测得暖气片表面壁

温为55℃.第六章

⑴计算暖气片与空气的表面换热系数及对流换热器。

⑵如果暖气片壁面的发射率为0.8，房间内的墙壁温度也取15℃，计

算暖皮片表面的辐射散热量。

推荐的自然对流换热的实验关联式：

nCGrPrNu

,格拉晓夫准则

数23vtlgGr，对于符合理想气体性质的气体，格拉晓夫准则

数中的体积膨胀系数T1，式中C，n由下确定：

加热面形

状与位置

流动情

况示意

流态系数C系数nGr适用范围

竖平板或

竖圆柱

层流0.591/4104～3×109

过渡0.02920.393×109～2×1010

湍流0.111/3>2×1010

空气的物性参数Pr=0.7，

KmW0267.0，

smv25106.1

五、有一水-水管壳式换热器，内部有24根管子组成，管子外径为

32mm，壁厚为1.5mm。管内为热水，进口温度为90℃，热水流量为

1.5kg/s，管外为冷水，入口温度为20℃，冷水流量为1kg/s，水的比

热kgJC

p

4180。如果拟将热水温度冷却到60℃，试分析和计算：

⑴该换热器应按逆流还是顺流布置？

⑵如果管内表面换热系数为4500W/(m·k),管外表面换热系数为

3000W/(m·k)，管材的导热系数为36.7W/(m·k)，该换热器的总传

热系数为多少（以管外表面为基础）？

⑶该情况下换热器的传热量为多少？

⑷该换热器每根管子的长度为多少？第十章

六、如图所示为由两个可以认为是无限长同心圆柱组成的空腔系统，

圆柱1外径为60mm，圆柱2内径为90mm。表面1温度为127℃，

表面2温度为57℃.

⑴如果表面1和2均近似看为黑体表面，计算两表面间辐射换热

量。

⑵如果表面1和表面2为发射率分别为0.8和0.6的漫灰表面，计

算两表面间辐射换热量。第九章