傳熱學(xué)課后標(biāo)記題目答案

1、第一章1- 8 熱水瓶膽剖面的示意圖如附圖所示。 瓶膽的兩層玻璃之間抽成真空， 內(nèi)膽外壁及外膽內(nèi)壁涂 了反射率很低的銀。 試分析熱水瓶具有保溫作用的原因。 如果不小心破壞了瓶膽上抽氣口處的密 閉性，這會影響保溫效果嗎？解：保溫作用的原因： 內(nèi)膽外壁外膽內(nèi)壁涂了反射率很低的銀， 則通過內(nèi)外膽向外輻射的熱量很 少，抽真空是為了減少內(nèi)外膽之間的氣體介質(zhì)，以減少其對流換熱的作用。如果密閉性破壞， 空 氣進入兩層夾縫中形成了內(nèi)外膽之間的對流傳熱，從而保溫瓶的保溫效果降低。1-10 一爐子的爐墻厚13cm,總面積為20,平均導(dǎo)熱系數(shù)為，內(nèi)外壁溫分別是520C及50C。試計算通過爐墻的熱損失。如果所燃用的煤

2、的發(fā)熱量是X104kJ/kg ,問每天因熱損失要用掉多少千克煤？解：根據(jù)傅利葉公式每天用煤1-16 為了說明冬天空氣的溫度以及風(fēng)速對人體冷暖感覺的影響，歐美國家的天氣預(yù)報中普遍采 用風(fēng)冷溫度的概念( wind-chill temperature )。風(fēng)冷溫度是一個當(dāng)量的環(huán)境溫度，當(dāng)人處于靜 止空氣的風(fēng)冷溫度下時其散熱量與人處于實際氣溫、 實際風(fēng)速下的散熱量相同。 從散熱計算的角 度可以將人體簡化為直徑為25cm高175cm、表面溫度為30C的圓柱體，試計算當(dāng)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為時人體在溫度為20C的靜止空氣中的散熱量。如果在一個有風(fēng)的日子，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加到,人體的散熱量又是多少？此時風(fēng)冷溫度是多少

3、？1-19在1-14題目中，如果把芯片及底板置于一個封閉的機殼內(nèi)，機殼的平均溫度為20C，芯片的表面黑度為，其余條件不變，試確定芯片的最大允許功率。解：P =1- 21有一臺氣體冷卻器，氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)=95W/，壁面厚=，水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) W/。設(shè)傳熱壁可以看成平壁， 試計算各個環(huán)節(jié)單位面積的熱阻及從氣到水的總傳熱系數(shù)。你能否指出， 為了強化這一傳熱過程，應(yīng)首先從哪一環(huán)節(jié)著手？解：則二，應(yīng)強化氣體側(cè)表面?zhèn)鳠?。第二?- 2 一冷藏室的墻由鋼皮礦渣棉及石棉板三層疊合構(gòu)成，各層的厚度依次為.,152mm 及，導(dǎo)熱系數(shù)分別為45,0. 07及。冷藏室的有效換熱面積為，室內(nèi)外氣溫分別為-2 C及30

4、C，室內(nèi)外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可分別按及計算。 為維持冷藏室溫度恒定， 試確定冷藏室內(nèi)的冷卻排管每小時需 帶走的熱量。解：由題意得X 36002-7如附圖所示的不銹鋼平底鍋置于電器灶具上被加熱，灶具的功率為1000W其中85%用于加熱平底鍋。鍋底厚S =3 mm,平底部分直徑 d=200 mm,不銹剛的導(dǎo)熱系數(shù)入=18W/ （ m- K,鍋內(nèi)湯料與鍋底的對流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為2500W/ （rf- K）,流體平均溫度t=95 C。試列岀鍋f底導(dǎo)熱的數(shù)學(xué)描寫，并計算鍋底兩表面的溫度。 解：2-15夕卜徑為50mm的蒸氣管道外，包覆有厚為40mm平均導(dǎo)熱系數(shù)為的煤灰泡沫磚。絕熱層外表面溫度為50 C

5、，試檢查礦棉渣與煤灰泡沫磚交界面處的溫度是否超過允許值？又。增加煤灰泡 沫磚的厚度對熱損失及交界面處的溫度有什么影響？蒸氣管道的表面溫度取為400 Co解：由題意多層蒸氣管總熱流量代入數(shù)據(jù)得到由附錄知粉煤灰泡沫磚材料最高允許溫度為 300C由此設(shè)在300 C時因為所以不會超過允許溫度。當(dāng)增加煤灰泡沫磚的厚度會使熱損失增加，從而邊界面處溫度下降。2-22 一個儲液氨的容器近似的看成為內(nèi)徑為300mm的圓球。球外包有厚為30mm的多層結(jié)構(gòu)的隔熱材料。隔熱材料沿半徑方向的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)為，球內(nèi)液氨的溫度為C，室溫為25 C，液氨的相變熱為kg。試估算在上述條件下液氨每天的蒸發(fā)量。解：2-30 一高為3

6、0cm的鋁制圓臺形錐臺，頂面直徑為，底面直徑為13cm.。底面及頂面溫度各自均勻，并分別為520 C及20C，錐臺側(cè)面絕熱。試確定通過該錐形臺的導(dǎo)熱量。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為100o解：根據(jù)傅利葉導(dǎo)熱公式得因為：得得代入數(shù)據(jù)積分得2-36 q=1000W/m的熱流沿 x方向穿過厚為 20mm的平板（見附圖）。已知x=0mm,10mm,20mr處的 溫度分別為100 C，60C及40 Co試據(jù)此確定材料導(dǎo)熱系數(shù)表達式（為平均溫度）中的及bo解：x=0mm,x=10mn處的平均溫度C又 所以熱量即 （1,同理 x=10mm,x=20mm處得（ 2,聯(lián)立得 b=2-52在外徑為25mn的管壁上裝有鋁制的等厚

7、度環(huán)肋，相鄰肋片中心線之間的距離s=,環(huán)肋高H=,厚=o管壁溫度C，流體溫度C，管壁及肋片與流體之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為110 o試確定每米長肋片管（包括肋片及基管部分）的散熱量。解：查表得 W/從圖查得，肋片兩面散熱量為： 肋片的實際散熱量為： 兩肋片間基管散熱量： 總散熱量為2-53過熱蒸氣在外徑為 127mm勺鋼管內(nèi)流過，測蒸氣溫度套管的布置如附圖所示。已知套管外徑d=15mm壁厚二，導(dǎo)熱系數(shù)。蒸氣與套管間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=105。為使測溫誤差小于蒸氣與鋼管壁溫度差的，試確定套管應(yīng)有的長度。 解：按題意應(yīng)使，查附錄得： ，。第三章34 在一內(nèi)部流動的對流換熱試驗中（見附圖），用電阻加熱器產(chǎn)生

8、熱量加熱量管道內(nèi)的流體，電加熱功率為常數(shù)， 管道可以當(dāng)作平壁對待。 試畫出在非穩(wěn)態(tài)加熱過程中系統(tǒng)中的溫度分布隨時 間的變化（包括電阻加熱器，管壁及被加熱的管內(nèi)流體） 。畫出典型的四個時刻；初始狀態(tài)（未 開始加熱時） ，穩(wěn)定狀態(tài)及兩個中間狀態(tài)。解：如圖所示：315 一種火焰報警器采用低熔點的金屬絲作為傳熱元件，當(dāng)該導(dǎo)線受火焰或高溫?zé)煔獾淖饔?00。問當(dāng)它突然受，初始溫度為 25C而熔斷時報警系統(tǒng)即被觸發(fā)，一報警系統(tǒng)的熔點為500C, , 0內(nèi)發(fā)生報警訊號，導(dǎo)線的直徑應(yīng)限在多少以下？設(shè)復(fù)合換熱器1min煙氣加熱后，為在到 650C的表面換熱系數(shù)為。解：采用集總參數(shù)法得： ，要使元件報警則=，代入數(shù)

9、據(jù)得 D驗證Bi數(shù)：，故可采用集總參數(shù)法。在熱處理工藝中，用銀球試樣來測定淬火介質(zhì)在不同條件下的冷卻能力。今有兩個直徑316的循環(huán)水中。的盛有靜止水的大容器及200C200C為20mm的銀球，加熱到6000C后被分別置于及1800C/S時，其降溫速率分別為用熱電偶測得，當(dāng)因球中心溫度從6500C變化到4500C已知在上述溫度范圍內(nèi)銀的物試確定兩種情況下銀球表面與水之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。3600C/s 。 性參數(shù)為。解：本題表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)未知，即 Bi 數(shù)為未知參數(shù)，所以無法判斷是否滿足集總參數(shù)法條件。為此，先假定滿足集總參數(shù)條件，然后驗算對靜止水情行，由，代入數(shù)據(jù)（ 1）驗算 Bi 數(shù) , 滿足集

10、總參數(shù)條件。 對循環(huán)水情形，同理，） 2（按集總參數(shù)法時驗算 Bi 數(shù) ，不滿足集總參數(shù)條件改用漠渃圖此時，查圖得00C7501 C。在進行靜推力試驗時，溫度為 3- 31 一火箭發(fā)動機噴管，壁厚為 9mm岀世溫度為 30。假的高溫燃氣送于該噴管， 燃氣與壁面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為。 噴管材料的密度， 導(dǎo)熱系數(shù)為， 設(shè)噴管因直徑與厚度之比較大而可視為平壁，且外側(cè)可作絕熱處理，試確定：為使噴管的最高溫度不超過材料允許的溫度而能允許的運行時間； （1）在所允許的時間的終了時刻，壁面中的最大溫差；（2）無限長圓管 在上述時刻壁面中的平均溫度梯度與最大溫度梯度。（3）00的油浴中。設(shè)冷卻過程中的，后將其置

11、于溫度為10C41 一鋼球直徑為10cm,初溫為250C 3。需要經(jīng)過多長時間， 此時球表面的溫度為 150C表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可取為， 問欲使球心溫度降低到 多 少？球的導(dǎo)熱系數(shù)為，熱擴散率為。3- 52、已知：醫(yī)學(xué)知識告訴我們：人體組織的溫度等于，高于48的時間不能超過 10s，否則該組織內(nèi)的細胞就會死亡。 今有一勞動保護部門需要獲得這樣的資料， 即人體表面接觸到 60、 70、 80、 90、 100的熱表面厚，皮膚下燒傷程度隨時間而變化的情況。人體組織性取37水的數(shù)值，計算的最大時間為 5min，假設(shè)一接觸到熱表面，人體表面溫度就上升到了熱表面的溫度。求：用非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱理論做出上述燒傷深度隨時

12、間變化的曲線。解：按半無限大物體處理， 37 時。利用習(xí)題 54 中給出的公式，可得之值，由誤差函數(shù)表可查得 相應(yīng)的的數(shù)值，從而確定不同（單位秒）下溫度為48 的地點的 x 值，即皮下燒傷深度。令對于及 70 兩種情形給出計算結(jié)果如下：燒傷深度， mm分鐘 5 分鐘 4 分鐘 3 分鐘 2 分鐘 1 分鐘60201470變化曲線略。第四章4- 10、一等截面直肋，高H,厚，肋根溫度為，流體溫度為，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h,肋片導(dǎo)熱系數(shù)為。將它均分成 4 個節(jié)點（見附圖） ，并對肋端為絕熱及為對流邊界條件（ h 同側(cè)面）的兩種情況列岀節(jié)點2，3，4的離散方程式。設(shè) H=45cm,=50W/,，計算節(jié)點

13、 2，3，4的溫度（對于肋端的兩種邊界條件） 。解：采用熱平衡法可列岀節(jié)點 2、 3、 4 的離散方程為：節(jié)點 2：；節(jié)點 3：；節(jié)點 4：肋端絕熱，肋端對流。其中。將已知條件代入可得下列兩方程組：肋端絕熱肋端對流由此解得：肋端絕熱， ，；肋端對流， ，。肋端對流換熱的條件使肋端溫度更接近于流體溫度。4- 15、一直徑為1cm,長4cm的鋼制圓柱形肋片，初始溫度為25C，其后，肋基溫度突然升高到200C,同時溫度為 25C的氣流橫向掠過該肋片，肋端及兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為100。試將該肋片等分成兩段（見附圖） ，并用有限差分法顯式格式計算從開始加熱時刻起相鄰4 個時刻上的溫度分布（以穩(wěn)定性條件

14、所允許的時間間隔計算依據(jù)）。已知二43W/，（提示：節(jié)點4的離散方解：三個節(jié)點的離散方程為: 節(jié)點2:節(jié)點節(jié)點3：4：O以上三式可化簡為:穩(wěn)定性要求，即。，代入得：如取此值為計算步長，則:，。于是以上三式化成為：時20222202220204 200在上述計算中，由于之值正好使，因而對節(jié)點2岀現(xiàn)了在及2時刻溫度相等這一情況。如取為上值之半，則，于是有:對于相鄰四個時層的計算結(jié)果如下表所示：時間 點12340 200 25 25 25 200 25 252 2003 2004 2004- 24、為了提高現(xiàn)代燃氣透平的進口燃氣溫度以提高熱效率，在燃氣透平的葉片內(nèi)部開設(shè)有冷卻通道以使葉片金屬材料的溫

15、度不超過允許值，為對葉片中的溫度分布情況作一估算，把附圖a所示的截片形狀簡化成為附圖b所示的情形。已知，。試計算：（1）截面中最高溫度及其位置；2）單位長度通道上的熱量。解：根據(jù)對稱性選擇 1/4 區(qū)域為計算區(qū)域，采用網(wǎng)格，取壁面時得單位長度的傳熱量為，等溫線 分布如圖所示。截面中最高溫度發(fā)生在左上角，該處溫度為。第五章5- 1 、對于流體外標(biāo)平板的流動， 試用數(shù)量級分析的方法， 從動量方程引出邊界層厚度的如下變 化關(guān)系式：解：對于流體外標(biāo)平板的流動，其動量方程為：方線的數(shù)量級為 y， 1 根據(jù)數(shù)量級的關(guān)系，主流方的數(shù)量級為 則有從上式可以看出等式左側(cè)的數(shù)量級為 1 級，那么，等式右側(cè)也是數(shù)量

16、級為 1 級， 為使等式是數(shù)量級為 1，則必須是量級。從量級看為級量級兩量的數(shù)量級相同，所以與成比例5- 2 、對于油、空氣及液態(tài)金屬，分別有， ，試就外標(biāo)等溫平板的層流流動，畫出三種流體邊界 層中速度分布和溫度分布的大致圖象（要能顯示出的相對大?。?。解：如下圖：5- 8、已知：介質(zhì)為 25C的空氣、水及14號潤滑油，外掠平板邊界層的流動由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?的靈界雷諾數(shù)， 。求：以上三種介質(zhì)達到時所需的平板長度。解：（1） 25C的空氣= x=（2） 25C 的水x=3） 14 號潤滑油 x=第六章00CC的空氣來模擬實物中平均溫度為 2001、在一臺縮小成為實物 1/8的模型中，用20- 6

17、,問 模型中的流速應(yīng)為若干？若模型中的平均表空氣的加熱過程。實物中空氣的平均流速為S2數(shù)并不模型與實物中流體的 Pr195W/（mK） ，求相應(yīng)實物中的值。在這一實物中，面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為嚴(yán)格相等，你認(rèn)為這樣的?；囼炗袩o實用價值？）環(huán)形通道，內(nèi)管外徑為，但；（3的矩形通道：b （ 2）同（1） （6- 7、已知：1）邊長為及的圓管，流體在圓管dD的圓形筒體內(nèi)布置了n 根外徑為）在一個內(nèi)徑為Dd,外管內(nèi)徑為；（4夕卜作縱向流動。 求：四種情形下的當(dāng)量直徑。 解：入口體積流量為，°C，65的直管內(nèi)流動,下的空氣在內(nèi)徑為、614已知：76mm入口溫度為 C180管壁的平均溫度為求：管子多長才能

18、使空氣加熱到115 °Co解：定性溫度C,相應(yīng)的物性值為：在入口溫度下， ，故進口質(zhì)量流量：5,先按計,空氣在115 C時，65C時，。故加熱空氣所需熱量為：采用教材P165上所給的大溫差修正關(guān)系式：o所需管長：，需進行短管修正。采用式（5-64 ）的關(guān)系式：，所需管長為 =o6- 16、已知：初溫為30 C的水，以s的流量流經(jīng)一套管式換熱器的環(huán)形空間。該環(huán)形空間的內(nèi) 管外壁溫維持在100 C，換熱器外殼絕熱，內(nèi)管外徑為40mm外管內(nèi)徑為60mno求：把水加熱到50 C時的套管長度。在管子岀口截面處的局部熱流密度是多少？ 解：定性溫度C,查得：，流體被加熱，按式（ 5-56 ），有：

19、o由熱平衡式，得：o管子岀口處局部熱流密度為6- 26、已知：一摩托車引擎的殼體上有一條高2cm、長12cm的散熱片（長度方向與車身平行）°C,如果C，車速為 30km/h，而風(fēng)速為2m/s，車逆風(fēng)前行，風(fēng)速與車速平行。求：此時肋片的散熱量。解：按空氣外掠平板的問題來處理。定性溫度C， 空氣的物性數(shù)據(jù)為，故流動為層流。6- 34、已知：可以把人看成是高、直徑為的圓柱體。表面溫度為31 C，一個馬拉松運動員Co不計柱體兩端面的散熱，不計岀汗散失的部 15，空氣是靜止的，溫度為在內(nèi)跑完全程（） 分。求：此運動員跑完全程后的散熱量。解：平均速度，定性溫度C,空氣的物性為：，按表 5-5.

20、有：5在兩個半小時內(nèi)共散熱6-38、已知：在鍋爐的空氣預(yù)熱器中，空氣橫向掠過一組叉排管束，管子外徑d=40mm空氣在最小界面處的流速為6m/s ,C，在流動方向上排數(shù)大于10，管壁平均溫度為 165Co求：空氣與管束間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：定性溫度C,得空氣物性值為:55據(jù)表（ 5-7 ）得6-48、已知：一輸送冷空氣的方形截面的管道，水平地穿過一室溫為28C的房間，管道外表面平均溫度為12C，截面尺寸為。注意：冷面朝上相當(dāng)于熱面朝下，而冷面朝下則相當(dāng)于熱面朝 上。水平板熱面向上時有：水平板熱面向下時有：特征長度為 A/P，其中A為表面積，P為周長。 求：每米長管道上冷空氣通過外表面的自然對

21、流從房間內(nèi)帶走的熱量。 解：不考慮相交面處的相互影響，C, 對豎壁，特征尺寸，對上下表面，因為管道長度遠大于截面尺寸，故.1 、豎壁：2、冷面朝上：。3、下表面： ，6-55 、已知：一太陽能集熱器置于水平的房頂上， 尺寸為 . 在集熱器的吸熱表面上用玻璃作頂蓋， 形成一封閉的空氣夾層，夾層厚10cm。該吸熱表面的平均溫度為90C，玻璃內(nèi)表面溫度為 30C。求：由于夾層中空氣自然對流而引起的熱損失。又，如果吸熱表面不設(shè)空氣夾層，讓吸熱表面直接暴露于大氣之中 （環(huán)境溫度取為 20C）。試計算在表面溫度為90C時，由于空氣的自然對流而引起的散熱量。解：（1 ）定性溫度C,，O（2）定性溫度C,據(jù)習(xí)

22、題 5-65 中推薦的公式有： ，第七章11C ,每7- 6、飽和溫度為50C的純凈水蒸汽在外徑為的豎直管束外凝結(jié)，蒸汽與管壁的溫差為 根管于長，共 50 根管子。試計算該冷凝器管束的熱負(fù)荷。解：C,，r =，設(shè)流動為層流，h =< 1600，故為層流。整個冷凝器的 熱負(fù)荷Q=50xxxxx 11 =7- 13、一臥式水蒸汽冷凝器管子的直徑為20mm第一排管子的壁溫C,冷凝壓力為。試計算第一排管子每米長的凝結(jié)液量。3解：相應(yīng)于x lOPa的飽和溫度為C, , Co°c5 5 5 52，h=每米長管子上的凝結(jié)水量：o7- 17為了強化豎管外的蒸汽凝結(jié)換熱，有時可采用如附圖所示的凝

23、結(jié)液泄岀罩。設(shè)在高丨的豎管外，等間距地布置n個泄岀罩，且加罩前與加罩后管壁溫度及其他條件都保持不變。試導(dǎo)岀加罩后全管的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與未加罩時的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)間的關(guān)系式。如果希望把表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)提高2倍，應(yīng)加多少個罩？如果 丨/ d = 100，為使豎管的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與水平管一樣，需加多少個罩？解：設(shè)加罩前平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，加罩后為，則有：55則， 與欲使，應(yīng)有，設(shè)需把直管等分為幾段才能使全管平均換熱系數(shù)與水平管一樣，則有：二，即：，段，即共需17-1 = 16各泄岀罩。7-25、直徑為30mm的鋼棒（含碳約 ）在100C的飽和水中淬火。在冷卻過程中的某一瞬間，棒表面溫度為110 C

24、,試估算此時棒表面的溫度梯度。沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按式（6 15）估計解：，這一對流換熱量系通過工作表面里層的導(dǎo)熱而傳遞到工作表面上，故有：，負(fù)號表示溫度沿半徑方向減少。 第八章8-4 、一爐膛內(nèi)火焰的平均溫度為輻射的功率。該輻射能中波長為解：=287W/1500K，爐墻上有一著火孔。試計算當(dāng)著火孔打開時從孔向外2 的光譜輻射力是多少？哪種波長下的能量最多？T= 1500K 時，8- 9 、鋼制工件在爐內(nèi)加熱時，隨著工件溫度的升高，其顏色會逐漸由暗紅變成白亮。假設(shè)鋼件表面可以看成黑體， 試計算在工件溫度為 900C及1100C時，工件所發(fā)岀的輻射能中的可見光是 溫度為700 C的多少倍？時時

25、。解：解：（ 1 ），值線性插值得： 可見光的能量為： （2）, 此時可見光的能量所以時是700 C時的=倍.（3） ，此時可見光的能量為.所以1100 C時是700 C時的=倍.8- 17 一漫射表面在某一溫度下的光譜輻射強度與波長的關(guān)系可以近似地用附圖表示，試：（1 ） 計算此時的輻射力；（2） 計算此時法線方向的定向輻射強度，及與法線成 60 角處的定向輻射強度。解：（ 1 ）（2）1000K8- 23、已知一表面的光譜吸收比與波長關(guān)系如附圖所示，在某一瞬間，測得表面溫度為投入輻射按波長分布的情形示于附圖b。試：（1）計算單位表面積所吸收的輻射能；（2）計算該表面的發(fā)射率及輻射力；（3） 確定在此條件下物體表面的溫度隨時間如何變化，設(shè)物體無內(nèi)熱源，沒有其他形式的熱量 傳遞。解：（1）（2）（3） 所以在此條件下物件表面的溫度隨時間的延長而降低。第九章9- 6、試用簡捷方法確定本題附圖中的角系數(shù)X。9- 7試確定附圖a、b中幾何結(jié)構(gòu)的角系數(shù) X。1,2角系，1、已知：一有涂層的長工件表面采用如圖所示方法予以加熱烘干，加熱器表面二800K，= 9-20。工件及加熱表面在垂直于紙面方向均為無限長。=，=，=。對流不考500K， = 1工件表面= 的大空間；（慮，工件的另一面絕熱。1）環(huán)境為300K （ 2）環(huán)境是絕熱的。求：上面兩種情形下施加在單位長度 加