公用設備工程師-專業(yè)基礎（暖通空調(diào)、動力）-傳熱學-2.2穩(wěn)態(tài)導熱

公用設備工程師-專業(yè)基礎（暖通空調(diào)、動力）-傳熱學-2.2穩(wěn)態(tài)導熱[單選題]1.某平壁厚為0.2m，進行一維穩(wěn)態(tài)導熱過程中，熱導率為12W/（m·K），溫度分布為：t＝150－3500（江南博哥）x3，可以求得在平壁中心處（中心位置x＝0.1m）內(nèi)熱源強度為()。[2019年真題]A.－25.2kW/m3B.－21kW/m3C.2.1kW/m3D.25.2kW/m3正確答案：D參考解析：一維穩(wěn)態(tài)導熱過程的方程式為：λ?2t/?x2＋qv＝0。式中，λ為熱導率；qv為內(nèi)熱源強度。由題意可知，當x＝0.1m時，?2t/?x2＝－21000x＝－21000×0.1＝－2100，qv＝－λ?2t/?x2＝－12×（－2100）＝25200W/m3＝25.2kW/m3。B.（t1－tm）/（δ1/λ1）＝（t1－t2）/（δ1/λ1＋δ2/λ2）C.（tm－t2）/（δ2/λ2）＝（t1－t2）/（δ1/λ1＋δ2/λ2）D.（t1－tm）/（δ2/λ2）＝（tm－t2）/（δ1/λ1）正確答案：D參考解析：常物性無內(nèi)熱源一維穩(wěn)態(tài)導熱中，雙層平壁的熱流密度相等，熱流密度等于溫差與所對應的熱阻之和的比值。因此，q＝（t1－t2）/（δ1/λ1＋δ2/λ2）＝（t1－tm）/（δ1/λ1）＝（tm－t2）/（δ2/λ2）。[單選題]4.采用穩(wěn)態(tài)平板法測量材料的導熱系數(shù)時，依據(jù)的是無限大平板的一維穩(wěn)態(tài)導熱問題的解。已知測得材料兩側的溫度分別是60℃和30℃，通過材料的熱流量為1W。若被測材料的厚度為30mm，面積為0.02m2，則該材料的導熱系數(shù)為()W/（m·K）。[2007年真題]A.5.0B.0.5C.0.05D.1.0正確答案：C參考解析：一維平壁穩(wěn)態(tài)導熱的公式為：?＝λA（tw1－tw2）/δ。由題意可得，熱流量?＝1W，厚度δ＝30mm＝0.03m，面積A＝0.02m2，內(nèi)側溫度tw1＝60℃，外側溫度tw2＝30℃，代入已知數(shù)據(jù)，可得導熱系數(shù)λ＝?δ/[A（tw1－tw2）]＝1×0.03/[0.02×（60－30）]＝0.05W/（m·K）。[單選題]5.對于無限大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱，下列陳述中哪一項是錯誤的？()[2007年真題]A.平壁內(nèi)任何平行于壁面的平面都是等溫面B.在平壁中任何兩個等溫面之間溫度都是線性變化的C.任何位置上的熱流密度矢量垂直于等溫面D.溫度梯度的方向與熱流密度的方向相反正確答案：B參考解析：B項，當平壁的導熱系數(shù)λ為常數(shù)時，在平壁中任何兩個等溫面之間的溫度都是線性變化的；當平壁的導熱系數(shù)λ不是常數(shù)，而是溫度的函數(shù)，即λ＝λ0（1＋bt）時，如圖2-2-1，任何兩個等溫面之間的溫度都是非線性變化的，溫度分布為二次曲線。A項，由于無限大平壁很薄，因此可以認為軸向沒有熱量傳遞，平壁內(nèi)任何平行于壁面的平面都是等溫面。CD兩項，根據(jù)傅里葉定律q＝－λgradt可知，熱流密度的方向與溫度梯度的方向相反且垂直于等溫面。圖2-2-1無限大平壁導熱系數(shù)溫度分布圖[單選題]6.一建筑的外墻由A、B兩層材料復合而成，內(nèi)層是材料A，其導熱系數(shù)為λA，壁厚為δA，。外層材料是B，導熱系數(shù)為λB，壁厚為δB。內(nèi)側空氣溫度為ti，與壁面的對流傳熱系數(shù)為hi；外側空氣溫度為t0，空氣與壁面的對流傳熱系數(shù)為h0。若已知兩層材料交界面的溫度為tAB，則以下關于傳熱量計算的公式中，正確的是()。[2008年真題]A.B.C.D.正確答案：C參考解析：根據(jù)能量守恒定律，從內(nèi)墻A到AB交界面處的熱量等于從AB交界面到外墻B的熱量等于總傳遞熱量，利用熱阻串聯(lián)的概念，則傳熱量q為：[單選題]7.圓柱壁面雙層保溫材料敷設過程中，為了減少保溫材料用量或減少散熱量，應該采取措施是()。[2011年真題]A.熱導率較大的材料在內(nèi)層B.熱導率較小的材料在內(nèi)層C.根據(jù)外部散熱條件確定D.材料的不同布置對散熱量影響不明顯正確答案：B參考解析：在穩(wěn)態(tài)情況下，通過單位長度圓筒壁的熱流量q相同。由于圓柱壁面內(nèi)側溫度變化率較大，將導熱率較小的材料布置在內(nèi)層，以減少散熱量，充分發(fā)揮其保溫作用。[單選題]8.單層圓柱體內(nèi)一維徑向穩(wěn)態(tài)導熱過程中，內(nèi)部無內(nèi)熱源，物性參數(shù)為常數(shù)，此時()。[2010年真題]A.導熱量Φ與長度l無關B.導熱量Φ是半徑的函數(shù)C.熱流量ql與長度l無關D.熱流量ql只是長度l的函數(shù)正確答案：C參考解析：單位管長的熱流密度ql的公式為：熱流量Φ的公式為：式中，λ為導熱系數(shù)；l為管長；t1、t2為管內(nèi)外溫度；d1、d2為管內(nèi)外徑。因此，由公式可得，單位長度熱流量ql與長度l無關，而導熱量Φ為長度l的函數(shù)。綜上所述，C項為正確答案。[單選題]9.在外徑為133mm的蒸汽管道外覆蓋保溫層，管道內(nèi)是溫度為300℃飽和水蒸氣。按規(guī)定，保溫材料的外層的溫度不得超過50℃。若保溫材料的導熱系數(shù)為0.05W/（m·℃），保溫層厚度為46mm，則每米管道的熱損失應為()W。[2009年真題]A.250B.150C.50D.350正確答案：B參考解析：忽略水蒸氣與管道內(nèi)壁的對流換熱熱阻和管道材料本身的導熱熱阻，設保溫材料厚度為δ，則每米管道的熱損失為：[單選題]10.在外徑為133mm的蒸汽管道外覆蓋保溫層，管道內(nèi)是溫度為300℃飽和水蒸氣。按規(guī)定，保溫材料的外層的溫度不得超過50℃。若保溫材料的導熱系數(shù)為0.05W/（m·℃），為把管道熱損失控制在150W/m以下，保溫層的厚度至少應為()mm。[2006年真題]A.92B.46C.23D.184正確答案：B參考解析：忽略水蒸氣與管道內(nèi)壁的對流換熱熱阻、忽略管道材料本身的導熱熱阻，設保溫材料厚度為δ，若要把管道損失控制在150W/m以下，則要求：本題中，管道內(nèi)的溫度t1＝300℃，保溫材料的外層溫度t2＝50℃，導熱系數(shù)λ＝0.05W/（m·℃），管外徑d＝133mm，則代入數(shù)據(jù)可得：解得，保溫層的厚度δ≥45.76mm。因此保溫層的厚度至少應為46mm。[單選題]11.在一條蒸汽管道外敷設厚度相同的兩層保溫材料，其中材料A的導熱系數(shù)小于材料B的導熱系數(shù)，若不計導熱系數(shù)隨溫度的變化，僅從減小傳熱量的角度考慮，哪種材料應敷在內(nèi)層？()[2005年真題]A.材料AB.材料BC.無所謂D.不確定正確答案：A參考解析：根據(jù)傅里葉定律q＝－λgradt以及熱阻串聯(lián)的原理，對于圓筒形保溫材料而言，內(nèi)側的溫度變化率比較大，故將導熱系數(shù)小的保溫材料放于內(nèi)側，減小散熱量，充分發(fā)揮保溫材料的保溫作用。[單選題]12.普通金屬導線，直徑1mm左右，當外面敷設絕緣保護層后，導線中的散熱量()。[2016年真題]A.減少B.不變C.增大D.不確定正確答案：D參考解析：臨界熱絕緣直徑的公式為：dc＝2λins/h2。式中，λins為絕熱材料的導熱系數(shù)；h2為空氣的對流傳熱系數(shù)。由于題目中未給出絕熱材料的導熱系數(shù)，因此無法判斷導線外徑d2與臨界絕緣直徑dc的關系。結合圖2-2-2可知，當管道外徑小于臨界熱絕緣直徑時，隨著直徑的增大，管道的傳熱量q1會增加；當管道外徑大于臨界熱絕緣直徑時，隨著直徑的增大，管道的傳熱量q1會減少。因此無法確定導線的散熱量是增大還是減小。圖2-2-2[單選題]13.外徑為50mm和內(nèi)徑為40mm的過熱高壓高溫蒸汽管道在保溫過程中，如果保溫材料熱導率為0.05W/（m·K），外部表面總散熱系數(shù)為5W/（m2·K），此時()。[2014年真題]A.可以采用該保溫材料B.降低外部表面總散熱系數(shù)C.換選熱導率較低的保溫材料D.減小蒸汽管道外徑正確答案：A參考解析：圓柱體的臨界熱絕緣直徑的公式為：dc＝2λins/h。式中，λins為保溫材料的熱導率；h為外表面散熱系數(shù)。只有管道外徑d2大于臨界熱絕緣直徑時，覆蓋絕熱層才有效。A項，臨界熱絕緣直徑dc＝2×0.05/5＝0.02m＝20mm＜d2＝40mm，因此該保溫材料在外保溫可以增加保溫效果。B項，降低外部表面總散熱系數(shù)h會使臨界熱絕緣直徑dc變大，有可能會使dc＞40mm，從而導致該保溫材料在外保溫減弱保溫效果。C項，換選熱導率較低的保溫材料會使臨界熱絕緣直徑變小，由于該保溫材料已經(jīng)滿足減少熱損失的要求，因此選熱導率較低的保溫材料沒有太大意義，反而會增加初投資。D項，減小蒸汽管道外徑與臨界絕緣直徑無關。[單選題]14.外徑為25mm和內(nèi)徑為20mm的蒸汽管道進行保溫計算時，如果保溫材料熱導率為0.12W/（m·K），外部表面總散熱系數(shù)為12W/（m2·K），則熱絕緣臨界直徑為()mm。[2012年真題]A.25B.20C.12.5D.10正確答案：B參考解析：臨界絕熱直徑的公式為：dc＝2λins/h2。式中，λins為保溫材料的熱導率，W/（m·K）；h2為外表面的對流換熱系數(shù)（散熱系數(shù)），W/（m2·K）。當λins＝0.12W/（m·K），h2＝12W/（m2·K），則臨界絕熱直徑dc＝2×0.12/12＝0.02m＝20mm。[單選題]15.一條架設在空氣中的電纜外面包敷有絕緣層，因通電而發(fā)熱，在穩(wěn)態(tài)條件下，若剝掉電纜的絕緣層而保持其他條件不變，則電纜的溫度會發(fā)生什么變化？()[2008年真題]A.升高B.降低C.不變D.不確定正確答案：A參考解析：由于電纜外面包敷的絕緣層的臨界熱絕緣直徑是大于電纜外徑的，絕緣層不僅能起電絕緣作用，還有減少熱阻，加強電纜散熱的作用。若剝掉電纜的絕緣層而保持其他條件不變，則電纜的熱阻增加，散熱減少，溫度升高。[單選題]16.金屬表面之間的接觸熱阻，可以通過一定的技術方法減小。下列方法中不正確的措施是()。[2016年真題]A.抽真空或灌注氮氣B.清除表面污垢并涂導熱劑C.加壓力擠壓，增加接觸D.表面進行磨光和清洗正確答案：A參考解析：接觸熱阻是指兩固體表面非完全接觸，從而使傳熱過程產(chǎn)生額外的熱阻。接觸熱阻除了包含因固體接觸面減小而引起的附加熱阻外，還有因未接觸的空隙形成的氣體導熱熱阻和穿過界面間隙的輻射熱阻。接觸熱阻是由接觸不良而引起的，因此減小接觸熱阻，可以采取改善接觸面積的粗糙度，提高接觸面上的擠壓壓力，減小表面硬度（如加銅箔襯墊），接觸面上涂以熱涂油（亦稱導熱姆）等措施。而抽真空或灌注氮氣，會增大接觸熱阻。[單選題]17.通過加肋來提高壁面?zhèn)鳠崮芰r，一般需要對壁面兩側傳熱及肋片進行分析，一般考慮較少的因素項是()。[2019年真題]A.壁面可能出現(xiàn)結垢的污垢熱阻B.兩側表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大小比較C.肋片高度、間距、厚度及形狀D.銅或壁面內(nèi)的熱傳導特性正確答案：D參考解析：肋片傳熱分析的因素：①加肋使傳熱增強主要是因增加了傳熱面積；②應在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小的一側加肋，從而使兩側的對流換熱熱阻相當，獲得較好的傳熱效果；③加肋時，肋片的高度、間距、材料及制造工藝等都要進行綜合的考慮；④當任一表面有污垢時，在傳熱計算式中應加入污垢熱阻。綜上所述，熱傳導特性一般較少考慮，因此，答案為D項。[單選題]18.壁面添加肋片散熱過程中，肋的高度未達到一定高度時，隨著肋高度增加，散熱量也增大。當肋高度超過某數(shù)值時，隨著肋片高度增加，會出現(xiàn)()。[2018年真題]A.肋片平均溫度趨于飽和，效率趨于定值B.肋片上及根部過余溫度θ下降，效率下降C.穩(wěn)態(tài)過程散熱量保持不變D.肋效率ηf下降正確答案：D參考解析：AD兩項，當（h為空氣的對流系數(shù)；U為肋片的周邊長度；λ為肋片的導熱系數(shù)；A為截面積。）一定時，隨著肋片高度增加，散熱量先迅速增大，然后增量越來越小，漸趨于一漸近值。與此同時，肋片效率逐漸降低，平均溫度逐漸減小。B項，肋片的溫度是沿高度方向呈雙曲線余弦函數(shù)關系逐漸降低的，而肋端過余溫度在確立邊界條件時就忽略了肋端的散熱，因此根部過余溫度不變。C項，散熱量的公式為：當肋片高度L增加，散熱量不斷增加。[單選題]19.當導熱過程在兩個直接接觸的固體表面之間進行，為了減小接觸熱阻，下列做法錯誤的是()。A.降低接觸表面的粗糙度B.增大接觸面上的擠壓壓力C.在接觸表面之間襯以導熱系數(shù)小且硬度大的材料D.在接觸表面之間涂上一層導熱系數(shù)大的油脂正確答案：C參考解析：接觸熱阻除了包含因固體接觸面減小而引起的附加熱阻外，還有因未接觸的空隙形成的氣體導熱熱阻和穿過界面間隙的輻射熱阻。歸根結底，接觸熱阻是由接觸不良而引起的。減小接觸熱阻常用的方法有：降低接觸表面的粗糙度、增大接觸面上的擠壓壓力、增加接觸面的平行度、在接觸表面之間加導熱系數(shù)大的導熱油脂或硬度小延展性好的金屬箔。若在接觸表面之間襯以硬度大且導熱系數(shù)小的材料會使接觸不良、接觸熱阻增大。[單選題]20.爐墻平壁用兩層同樣厚度的保溫材料保溫，兩種材料的導熱系數(shù)分別為λ1、λ2（λ1＞λ2），λ1、λ2為常數(shù)，下列說法正確的是()。A.將λ2的材料放在內(nèi)側，則保溫效果好B.將λ1的材料放在內(nèi)側，則保溫效果好C.無論保溫材料怎么放置，保溫效果一樣D.無法確定正確答案：C參考解析：在已選定管材和絕熱材料的條件下，總熱阻的大小僅和絕熱層的外徑d有關，因此對平壁保溫材料而言，材料的導熱系數(shù)λ與溫度無關。由于傳遞的熱流密度q＝Δt/（Rλ1＋Rλ2），故無論兩種保溫材料如何放置，保溫效果都是一樣的。[單選題]21.設某單層平壁的導熱系數(shù)為λ＝λ0（1＋bt），當平壁以恒定的熱流加熱時，則壁內(nèi)溫度分布線的形狀為()。A.雙曲線B.直線C.折線D.由b值為正或負來確定曲線的形狀正確答案：D參考解析：根據(jù)傅里葉定律，單位面積傳遞的熱量q公式為：q＝－λgradt。則溫度梯度gradt的公式為：gradt＝－q/λ＝－q/[λ0（1＋bt）]。由于平壁以恒定的熱流加熱，則單位面積傳遞的熱量q不變，因此當b＝0時，該壁內(nèi)溫度分布線的形狀為直線；當b≠0時，該壁內(nèi)溫度分布線的形狀為雙曲線。綜上所述，由b值為正或負來確定壁內(nèi)溫度分布線的形狀。[單選題]22.爐墻由耐火磚、絕熱材料和鐵板組成，耐火磚層的導熱系數(shù)為1.047W/（m·K），厚度為50mm；絕熱材料層的導熱系數(shù)為0.116W/（m·K）；鐵板的導熱系數(shù)為58W/（m·K），厚度為5mm。熱流密度為465W/m2，耐火磚內(nèi)表面溫度為600℃，鐵板外表面溫度為40℃，則絕熱材料的厚度、絕熱材料兩面的溫度依次為()。A.134mm、547.8℃、40.7℃B.134mm、577.8℃、40.7℃C.144mm、577.8℃、40.7℃D.144mm、547.8℃、40.7℃正確答案：B參考解析：熱流密度q的公式為：q＝（t1－t4）/R總。則總熱阻R總＝（t1－t4）/q＝（600－40）/465＝1.204（m2·K）/W。根據(jù)熱阻串聯(lián)，R總＝δ1/λ1＋δ2/λ2＋δ3/λ3，則絕熱材料的厚度δ2＝（R總－δ1/λ1－δ3/λ3）λ2＝（1.204－0.05/1.047－0.005/58）×0.116＝0.134m＝134mm。根據(jù)熱阻串聯(lián)原理，傳遞的熱流密度不變，因此熱流密度q＝（t1－t4）/R總＝（t1－t2）/R1＝（t<sub>2－t3）/R2。因此，絕緣材料內(nèi)表面溫度t2＝t1－qR1＝t1－qδ1/λ1＝600－465×0.05/1.047＝577.8℃；絕緣材料外表面溫度t3＝t2－qR2＝t2－qδ2/λ2＝577.8－465×0.134/0.116＝40.7℃。[單選題]23.外徑為108mm的鋼管，壁厚4mm，導熱系數(shù)為45W/（m·K），管外為45mm厚的玻璃棉保溫材料，導熱系數(shù)為0.058W/（m·K），內(nèi)表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為300W/℃，保溫外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為30W/℃，鋼管內(nèi)表面溫度為90℃，周圍環(huán)境溫度為20℃，則管和保溫材料的單位長度的導熱熱阻為()。A.2.72×10－4（m·K）/WB.1.664（m·K）/WC.0.0033（m·K）/WD.0.033（m·K）/W正確答案：B參考解析：由題意可得，管外徑d2＝108mm，管內(nèi)徑d1＝d2－2δ1＝108－2×4＝100mm，加了保溫材料后的的管徑d3＝d2＋2δ2＝108＋2×45＝198mm。管和保溫材料單位長度導熱熱阻為：[單選題]24.當管道外徑為d2的管道采取保溫措施時，應當選用臨界熱絕緣直徑dc()的材料。A.大于d2B.沒有要求C.小于d2D.等于d2正確答案：C參考解析：所對應的總熱阻為極小值時的絕緣層外徑為臨界熱絕緣直徑dc，也就是說當絕緣層外徑為臨界熱絕緣直徑時，管道散熱量最大。因此，在管道外徑d2小于臨界熱絕緣直徑dc的情況下，絕熱層在d2和dc范圍內(nèi)大時，反使熱損失增大；只有當臨界熱絕緣直徑dc小于管道外徑d2時，覆蓋絕熱層才有效，熱阻