传热学课后标记题目问题详解1-9.doc

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1、word第一章1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁与外胆内壁涂了反射率很低的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性，这会影响保温效果吗？解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，如此通过内外胆向外辐射的热量很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。如果密闭性破坏，空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20，平均导热系数为，内外壁温分别是520与50。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是104k

2、J/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式每天用煤1-16为了说明冬天空气的温度以与风速对人体冷暖感觉的影响，欧美国家的天气预报中普遍采用风冷温度的概念wind-chill temperature。风冷温度是一个当量的环境温度，当人处于静止空气的风冷温度下时其散热量与人处于实际气温、实际风速下的散热量一样。从散热计算的角度可以将人体简化为直径为25cm、高175cm、外表温度为30的圆柱体，试计算当外表传热系数为时人体在温度为20的静止空气中的散热量。如果在一个有风的日子，外表传热系数增加到，人体的散热量又是多少？此时风冷温度是多少？1-19 在1-14题目中，如果把芯片与底

3、板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20，芯片的外表黑度为，其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。解： P1-21 有一台气体冷却器，气侧外表传热系数95W/(m.K)，壁面厚，水侧外表传热系数W/(m.K)。设传热壁可以看成平壁，试计算各个环节单位面积的热阻与从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？解：如此，应强化气体侧外表传热。第二章2-2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉与石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm与，导热系数分别为45,0. 07与。冷藏室的有效换热面积为，室内外气温分别为-2与30，室内外壁面的外表传热系数可分

4、别按与计算。为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小时需带走的热量。解：由题意得36002-7如附图所示的不锈钢平底锅置于电器灶具上被加热，灶具的功率为1000W，其中85用于加热平底锅。锅底厚=3，平底局部直径d=200，不锈刚的导热系数=18W/mK，锅内汤料与锅底的对流传热外表传热系数为2500W/K，流体平均温度tf=95。试列出锅底导热的数学描写，并计算锅底两外表的温度。解：2-15 外径为50mm的蒸气管道外，包覆有厚为40mm平均导热系数为的煤灰泡沫砖。绝热层外外表温度为50，试检查矿棉渣与煤灰泡沫砖交界面处的温度是否超过允许值？又。增加煤灰泡沫砖的厚度对热损失与交界面

5、处的温度有什么影响？蒸气管道的外表温度取为400。解：由题意多层蒸气管总热流量代入数据得到由附录知粉煤灰泡沫砖材料最高允许温度为300由此设在300时因为所以不会超过允许温度。当增加煤灰泡沫砖的厚度会使热损失增加，从而边界面处温度下降。2-22 一个储液氨的容器近似的看成为内径为300mm的圆球。球外包有厚为30mm的多层结构的隔热材料。隔热材料沿半径方向的当量导热系数为，球内液氨的温度为，室温为25，液氨的相变热为。试估算在上述条件下液氨每天的蒸发量。解：2-30 一高为30cm的铝制圆台形锥台，顶面直径为，底面直径为13cm.。底面与顶面温度各自均匀，并分别为520与20，锥台侧面绝热。试

6、确定通过该锥形台的导热量。铝的导热系数为100。解：根据傅利叶导热公式得因为：得得代入数据积分得2-36 q=1000W/m的热流沿x方向穿过厚为20mm的平板见附图。x=0mm,10mm,20mm处的温度分别为100，60与40。试据此确定材料导热系数表达式为平均温度中的与b。解：x=0mm,x=10mm处的平均温度又所以热量即1同理x=10mm,x=20mm处得2联立得b=-0.009 2-52 在外径为25mm的管壁上装有铝制的等厚度环肋，相邻肋片中心线之间的距离s=9.5mm,环肋高H=12.5mm,厚。管壁温度，流体温度，管壁与肋片与流体之间的外表传热系数为110。试确定每米长肋片管

7、包括肋片与基管局部的散热量。解：查表得W/(m.K)从图查得，肋片两面散热量为：肋片的实际散热量为：两肋片间基管散热量：总散热量为2-53 过热蒸气在外径为127mm的钢管内流过，测蒸气温度套管的布置如附图所示。套管外径d=15mm，壁厚，导热系数。蒸气与套管间的外表传热系数h=105。为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的，试确定套管应有的长度。解：按题意应使，查附录得：，。第三章34 在一内部流动的对流换热试验中见附图，用电阻加热器产生热量加热量管道内的流体，电加热功率为常数，管道可以当作平壁对待。试画出在非稳态加热过程中系统中的温度分布随时间的变化包括电阻加热器，管壁与被加热的管内流体。画

8、出典型的四个时刻；初始状态未开始加热时，稳定状态与两个中间状态。解：如下列图：315 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为5000C，初始温度为250C。问当它突然受到6500C烟气加热后，为在1min内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的外表换热系数为。解：采用集总参数法得：，要使元件报警如此，代入数据得D验证Bi数：，故可采用集总参数法。316 在热处理工艺中，用银球试样来测定淬火介质在不同条件下的冷却能力。今有两个直径为20mm的银球，加热到6000C后被分别置于200C的盛有静止水的大

9、容器与200C的循环水中。用热电偶测得，当因球中心温度从6500C变化到4500C时，其降温速率分别为1800C/s与3600C/s。试确定两种情况下银球外表与水之间的外表传热系数。在上述温度X围内银的物性参数为。解：此题外表传热系数未知，即Bi数为未知参数，所以无法判断是否满足集总参数法条件。为此，先假定满足集总参数条件，然后验算（1） 对静止水情行，由，代入数据验算Bi数,满足集总参数条件。（2） 对循环水情形，同理，按集总参数法时验算Bi数，不满足集总参数条件改用漠渃图此时，查图得331 一火箭发动机喷管，壁厚为9mm，出世温度为300C。在进展静推力试验时，温度为1 7500C的高温燃

10、气送于该喷管，燃气与壁面间的外表传热系数为。喷管材料的密度，导热系数为，。假设喷管因直径与厚度之比拟大而可视为平壁，且外侧可作绝热处理，试确定：（1） 为使喷管的最高温度不超过材料允许的温度而能允许的运行时间；（2） 在所允许的时间的终了时刻，壁面中的最大温差；（3） 在上述时刻壁面中的平均温度梯度与最大温度梯度。无限长圆管341 一钢球直径为10cm，初温为2500C，后将其置于温度为100C的油浴中。设冷却过程中的外表传热系数可取为，问欲使球心温度降低到1500C需要经过多长时间，此时球外表的温度为多少？球的导热系数为，热扩散率为。3-52、：医学知识告诉我们：人体组织的温度等于，高于48

11、的时间不能超过10s，否如此该组织内的细胞就会死亡。今有一劳动保护部门需要获得这样的资料，即人体外表接触到60、70、80、90、100的热外表厚，皮肤下烧伤程度随时间而变化的情况。人体组织性取37水的数值，计算的最大时间为5min，假设一接触到热外表，人体外表温度就上升到了热外表的温度。求：用非稳态导热理论做出上述烧伤深度随时间变化的曲线。解：按半无限大物体处理，37时。利用习题54中给出的公式，可得之值，由误差函数表可查得相应的的数值，从而确定不同单位秒下温度为48的地点的x值，即皮下烧伤深度。令对于与70两种情形给出计算结果如下：烧伤深度，mm分钟1分钟2分钟3分钟4分钟5分钟60201

12、470变化曲线略。第四章4-10、一等截面直肋，高H,厚，肋根温度为，流体温度为，外表传热系数为h,肋片导热系数为。将它均分成4个节点见附图，并对肋端为绝热与为对流边界条件h同侧面的两种情况列出节点2，3，4的离散方程式。设H=45cm,=50W/(m.K),，计算节点2，3，4的温度对于肋端的两种边界条件。解：采用热平衡法可列出节点2、3、4的离散方程为：节点2：；节点3：；节点4：肋端绝热，肋端对流。其中。将条件代入可得如下两方程组：肋端绝热肋端对流由此解得：肋端绝热，；肋端对流，。肋端对流换热的条件使肋端温度更接近于流体温度。4-15、一直径为1cm,长4cm的钢制圆柱形肋片，初始温度为

13、25，其后，肋基温度突然升高到200，同时温度为25的气流横向掠过该肋片，肋端与两侧的外表传热系数均为100。试将该肋片等分成两段见附图，并用有限差分法显式格式计算从开始加热时刻起相邻4个时刻上的温度分布以稳定性条件所允许的时间间隔计算依据。43W/(m.K)，。提示：节点4的离散方程可按端面的对流散热与从节点3到节点4的导热相平衡这一条件列出。解：三个节点的离散方程为：节点2：节点3：节点4：。以上三式可化简为：稳定性要求，即。，代入得：，如取此值为计算步长，如此：，。于是以上三式化成为：时间点123402002525252002525220032004200在上述计算中，由于之值正好使，因

14、而对节点2出现了在与2时刻温度相等这一情况。如取为上值之半，如此，于是有：对于相邻四个时层的计算结果如下表所示：时间点1234020025252520025252200320042004-24、为了提高现代燃气透平的进口燃气温度以提高热效率，在燃气透平的叶片内部开设有冷却通道以使叶片金属材料的温度不超过允许值，为对叶片中的温度分布情况作一估算，把附图a所示的截片形状简化成为附图b所示的情形。，。试计算：1截面中最高温度与其位置；2单位长度通道上的热量。解：根据对称性选择1/4区域为计算区域，采用网格，取壁面时得单位长度的传热量为，等温线分布如下列图。截面中最高温度发生在左上角，该处温度为。第五

15、章5-1 、对于流体外标平板的流动，试用数量级分析的方法，从动量方程引出边界层厚度的如下变化关系式：解：对于流体外标平板的流动，其动量方程为：根据数量级的关系，主流方的数量级为1，y方线的数量级为如此有从上式可以看出等式左侧的数量级为1级，那么，等式右侧也是数量级为1级，为使等式是数量级为1，如此必须是量级。从量级看为级量级两量的数量级一样，所以与成比例5-2、对于油、空气与液态金属，分别有，试就外标等温平板的层流流动，画出三种流体边界层中速度分布和温度分布的大致图象要能显示出的相对大小。解：如如下图：5-8、：介质为25的空气、水与14号润滑油，外掠平板边界层的流动由层流转变为湍流的灵界雷诺

16、数，。求：以上三种介质达到时所需的平板长度。解：125的空气=225的水314号润滑油第六章61 、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用200C的空气来模拟实物中平均温度为2000C空气的加热过程。实物中空气的平均流速为，问模型中的流速应为假如干？假如模型中的平均外表传热系数为195W/(m2K)，求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实物中流体的Pr数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值？67、：1边长为与b的矩形通道：2同1，但；3环形通道，内管外径为d，外管内径为D；4在一个内径为D的圆形筒体内布置了n根外径为d的圆管，流体在圆管外作纵向流动。求：四种情形下的当量直径。解：61

17、4、：下的空气在内径为76mm的直管内流动，入口温度为65，入口体积流量为，管壁的平均温度为180。求：管子多长才能使空气加热到115。解：定性温度，相应的物性值为：在入口温度下，故进口质量流量：，先按计，空气在115 时，65时，。故加热空气所需热量为：采用教材P165上所给的大温差修正关系式：。所需管长：，需进展短管修正。采用式5-64的关系式：，所需管长为。616、：初温为30的水，以的流量流经一套管式换热器的环形空间。该环形空间的内管外壁温维持在100，换热器外壳绝热，内管外径为40mm，外管内径为60mm。求：把水加热到50时的套管长度。在管子出口截面处的局部热流密度是多少？解：定性

18、温度，查得：，流体被加热，按式5-56，有：。由热平衡式，得：。管子出口处局部热流密度为6-26、：一摩托车引擎的壳体上有一条高2cm、长12cm的散热片长度方向与车身平行。，如果，车速为30km/h，而风速为2m/s，车逆风前行，风速与车速平行。求：此时肋片的散热量。解：按空气外掠平板的问题来处理。定性温度，空气的物性数据为，故流动为层流。6-34、：可以把人看成是高、直径为的圆柱体。外表温度为31，一个马拉松运动员在内跑完全程，空气是静止的，温度为15。不计柱体两端面的散热，不计出汗散失的局部。求：此运动员跑完全程后的散热量。解：平均速度，定性温度，空气的物性为：，按表5-5.有：，,在两

19、个半小时内共散热6-38、：在锅炉的空气预热器中，空气横向掠过一组叉排管束，管子外径d=40mm，空气在最小界面处的流速为6m/s，在流动方向上排数大于10，管壁平均温度为165。求：空气与管束间的平均外表传热系数。解：定性温度，得空气物性值为：，据表5-7得6-48、：一输送冷空气的方形截面的管道，水平地穿过一室温为28的房间，管道外外表平均温度为12，截面尺寸为。注意：冷面朝上相当于热面朝下，而冷面朝下如此相当于热面朝上。水平板热面向上时有：水平板热面向下时有：特征长度为A/P，其中A为外表积，P为周长。求：每米长管道上冷空气通过外外表的自然对流从房间内带走的热量。解：不考虑相交面处的相互

20、影响，,对竖壁，特征尺寸，对上下外表，因为管道长度远大于截面尺寸，故.1、竖壁：。2、冷面朝上：。3、下外表：，6-55、：一太阳能集热器置于水平的房顶上，尺寸为.在集热器的吸热外表上用玻璃作顶盖，形成一封闭的空气夹层，夹层厚10cm。该吸热外表的平均温度为90，玻璃内外表温度为30。求：由于夹层中空气自然对流而引起的热损失。又，如果吸热外表不设空气夹层，让吸热外表直接暴露于大气之中环境温度取为20。试计算在外表温度为90时，由于空气的自然对流而引起的散热量。解：1定性温度，。2定性温度，据习题5-65中推荐的公式有：，。第七章7-6、饱和温度为50的纯净水蒸汽在外径为的竖直管束外凝结，蒸汽与

21、管壁的温差为11,每根管于长，共50根管子。试计算该冷凝器管束的热负荷。解：，r，设流动为层流，1600，故为层流。整个冷凝器的热负荷Q=50。7-13、一卧式水蒸汽冷凝器管子的直径为20mm，第排管子的壁温，冷凝压力为3Pa。试计算第一排管子每米长的凝结液量。解：相应于103Pa的饱和温度为，。，h=每米长管子上的凝结水量：。7-17为了强化竖管外的蒸汽凝结换热，有时可采用如附图所示的凝结液泄出罩。设在高l的竖管外，等间距地布置n个泄出罩，且加罩前与加罩后管壁温度与其他条件都保持不变。试导出加罩后全管的平均外表传热系数与未加罩时的平均外表传热系数间的关系式。如果希望把外表传热系数提高2倍，应

22、加多少个罩？如果ld100，为使竖管的平均外表传热系数与水平管一样，需加多少个罩？解：设加罩前平均外表传热系数为，加罩后为，如此有：，如此，与欲使，应有，设需把直管等分为几段才能使全管平均换热系数与水平管一样，如此有：，即：，段，即共需17-116各泄出罩。7-25、直径为30mm的钢棒(含碳约)在100的饱和水中淬火。在冷却过程中的某瞬间，棒外表温度为110,试估算此时棒外表的温度梯度。沸腾换热外表传热系数可按式(615)估计。解：，这一对流换热量系通过工作外表里层的导热而传递到工作外表上，故有：，负号表示温度沿半径方向减少。第八章8-4、一炉膛内火焰的平均温度为1500K，炉墙上有一着火孔

23、。试计算当着火孔打开时从孔向外辐射的功率。该辐射能中波长为2的光谱辐射力是多少？哪种波长下的能量最多？解：287W/T1500K时，8-9、钢制工件在炉内加热时，随着工件温度的升高，其颜色会逐渐由暗红变成白亮。假设钢件外表可以看成黑体，试计算在工件温度为900与1100时，工件所发出的辐射能中的可见光是温度为700的多少倍？时时。解：解：1，值线性插值得：可见光的能量为：(2),此时可见光的能量所以时是700时的倍(3)，此时可见光的能量为所以1100时是700时的倍8-17一漫射外表在某一温度下的光谱辐射强度与波长的关系可以近似地用附图表示，试：（1） 计算此时的辐射力；（2） 计算此时法线

24、方向的定向辐射强度，与与法线成60角处的定向辐射强度。解：128-23、一外表的光谱吸收比与波长关系如附图所示，在某一瞬间，测得外表温度为1000K。投入辐射按波长分布的情形示于附图b。试：（1） 计算单位外表积所吸收的辐射能；（2） 计算该外表的发射率与辐射力；（3） 确定在此条件下物体外表的温度随时间如何变化，设物体无内热源，没有其他形式的热量传递。解：123所以在此条件下物件外表的温度随时间的延长而降低。第九章9-6、试用简捷方法确定此题附图中的角系数X1,2。9-7试确定附图a、b中几何结构的角系数X1,2。角系数9-20、：一有涂层的长工件外表采用如下列图方法予以加热烘干，加热器外表

25、800K，1，工件外表500K，1。工件与加热外表在垂直于纸面方向均为无限长。，。对流不考虑，工件的另一面绝热。1环境为300K的大空间；2环境是绝热的。求：上面两种情形下施加在单位长度加热器上的电功率。解：如下列图：（1） 环境为300的黑体，如此单位长度的加热外表的辐射换热量为：，利用交叉线法：，（2） 设环境为重复辐射外表，如此：，。因此有：，。9-23、两块平行放置的平板外表发射率均为，温度t1=5270C与t2=270C，板间远小于板的宽度与高度。试计算：1板1的自身辐射；2对板1的投入辐射；3板1的反射辐射；4板1的有效辐射；5板2的有效辐射6板1、2间的辐射换热量。9-31、：一

26、水平放置的正方形太阳能集热器，边长为，吸热外表直接暴露于空气中，其发射率0.2，其上无夹层，对太阳能的吸收比，当太阳的投入辐射800W/m2时，测得集热器吸热外表的温度为90，此时环境温度为30，天空可视为23K的黑体。集热器效率定义为集热器所吸收的太阳辐射能与太阳投入辐射之比。求：此集热器的效率。解：向天空的辐射散热量为：；定性温度，散热量总共为，所吸收太阳能,效率。9-32、：如上题，在吸热外表上加了一层厚8cm的空气夹层空气压力为105Pa，夹层顶盖玻璃内外表的平均温度为40，玻璃穿透比为，其他条件不变。求：此情形下集热器的效率。解：，；辐射散热量：；定性温度，据式5-90，。9-35设

27、有如附图所示的几何体，半球外表是绝热的，底面被一直径D分为1、2两局部。外表1为灰体，；外表2为黑体，T2=330。试计算外表1的净辐射损失与外表3的温度。解：网络图如下：1，2外表间的辐射换热量是由于绝热外表3的存在而引起的。9-49、：如图，两薄平板A、B被置于一绝热的空间内，并位于同一平面上，面积分别为、，其4个外表的发射率分别为、。板A、B分别维持在恒定温度与。求：画出这一辐射换热系统的网络图，并列出计算板A、B间净辐射换热量的表达式。解：这一换热系统的网络图如如下图：其中：，。A、B两板之间总的辐射换热量为，其中，因平板A、B位于同一平面上，故以上诸表达式中的角系数均为1。27 / 27