熱工基礎(chǔ)課后答案第八和九章

1、第八章習(xí)題8-1.一大平板，高3m,寬2m,厚0.02m,導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(mK),兩側(cè)表面溫度分別為ti=100C、t2=50C,試求該板的熱阻、熱流量、熱流密度。解：解：由傅立葉導(dǎo)熱定律：熱阻R=0.02=7.407K/WmA3245熱流量Q-A，twi=324510050=675000W、0.02熱流密度q=Q=675000=i1250cw/m2S328-2.空氣在一根內(nèi)徑50mm,管內(nèi)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為長(zhǎng)2.5m的管子內(nèi)流動(dòng)并被加熱，已知空氣平均溫度為80C,h=70W/(m2-K),熱流密度為q=5000W/m2,試求管壁溫度及熱流量。解：由牛頓冷卻公式:q=h(tw-tf導(dǎo)

2、到t=qtwhQ=qs=50002.50.052-24.53W48-3.一單層玻璃窗，高1.2m,寬1m,玻璃厚0.3mm,玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為九=1.05W/(mK),室內(nèi)外的空氣溫度分別為20c和5C,室內(nèi)外空氣與玻璃窗之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為=5W/(m2K)和h2=20W/(m2-K),試求玻璃窗的散熱損失及玻璃的導(dǎo)熱熱阻、兩側(cè)的對(duì)流換熱熱阻。解：對(duì)流換熱計(jì)算公式：Q=sh1h2205:1.21=71.9W10.0003151.05205導(dǎo)熱熱阻為：R=一0.0003-0.000286K/W1.05內(nèi)側(cè)對(duì)流換熱熱阻為:外側(cè)對(duì)流換熱熱阻為:11R=1-1-0.2K/Wh1511R=0

3、.05K/Wh2208-4.如果采用雙層玻璃窗，玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室內(nèi)外的對(duì)流換熱條件與1-3題相同，雙層玻璃間的空氣夾層厚度為5mm,夾層中的空氣完全靜止，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為九=0.025W/(mK)。試求玻璃窗的散熱損失及空氣夾層的導(dǎo)熱熱阻。解：對(duì)流換熱計(jì)算公式：tf-tfQ=sf1f21c1121-2+20-5:1.21=39.95W1s0.0003,0.0051-+2+-空氣夾層的導(dǎo)熱熱阻為:0.0050.025=0.2K/W51.050.025208-5.有一厚度為4=400mm的房屋外墻，熱導(dǎo)率為九=0.5W/(mK)。冬季室內(nèi)空氣溫度為t1=20C,和墻內(nèi)壁面之間對(duì)流換熱的

4、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h1=4W/(m2K)o室外空氣溫度為t2=-10C,和外墻之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h2=6W/(m2-K)o如果不考11041十十40.56-0.822K/W慮熱輻射，試求通過(guò)墻壁的傳熱系數(shù)、單位面積的傳熱量和內(nèi)、外壁面溫度。解：傳熱系數(shù)h=-1、1十十工,h2熱流通量為：q=h(tf1-tf2)=0.822父(20+10A24.66W/m2由q=hGf-tw礙至U：tw2=tf2q=-10h2466=13.840C42466=-5.89C68-6.如果冬季室外為大風(fēng)天氣，室外空氣和外墻之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h2=10W/(m2K),其它條件和題1-5相同，并假設(shè)室內(nèi)

5、空氣只通過(guò)外墻與室外有熱量交換，試問(wèn)：要保持室內(nèi)空氣溫度不變，需要多大功率的電暖氣？解：傳熱系數(shù)h=h2-=0.8696K/W10.4140.510熱流通量為：q=h(tf1-tf2)=0.8696(20+10壯26.087W/m2為了維持室內(nèi)溫度不變。必須保證電暖氣的散熱量等于通過(guò)墻壁的換熱量，所以電暖氣的功率為W=qs-26.087sW第九章9-1一冷庫(kù)的墻由內(nèi)向外由鋼板、礦渣綿和石棉板三層材料構(gòu)成，各層的厚度分別為0.8mm、150mm和10mm,熱導(dǎo)率分別為45W/(mK)、0.07W/(mK)和0.1W/(mK)。冷庫(kù)內(nèi)、外氣溫分別為-2t和30C,冷庫(kù)內(nèi)、外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為

6、2W/(m2K)和3W/(m2K)。為了維持冷庫(kù)內(nèi)溫度恒定，試確定制冷設(shè)備每小時(shí)需要從冷庫(kù)內(nèi)取走的熱量。解:根據(jù)多層復(fù)壁及對(duì)流換熱計(jì)算公式：tf-tffjfL_=1二112:31-+一30-(-2)h1h20.0008,0.150.011+450.070.132-10.2W/m2所以為了維持冷庫(kù)內(nèi)溫度恒定，需要從冷庫(kù)內(nèi)每小時(shí)取走的熱量為:Q=qst=10.23600s=37448.7sJ9-2爐墻由一層耐火磚和一層紅磚構(gòu)成，厚度都為250mm,熱導(dǎo)率分別為0.6W/(mK)和0.4W/(mK),爐墻內(nèi)外壁面溫度分別維持700七和80C不變。(1)試求通過(guò)爐墻的熱流密度；(2)如果用熱導(dǎo)率為0.

7、076W/(mK)的珍珠巖混凝土保溫層代替紅磚層并保持通過(guò)爐墻的熱流密度及其它條件不變，試確定該保溫層的厚度。解：根據(jù)多層復(fù)壁導(dǎo)熱計(jì)算公式：J_&2q=Z7H12700-800.250+0.2500.60.4=595.2W/m2=595.2得至k,tw1-tw2700-80由q=、i、0.250一十十120.60.0762=47.5mm9-3有一爐墻，厚度為20cm,墻體材料的熱導(dǎo)率為1.3W/(mK),為使散熱損失不超過(guò)1500W/m2,緊貼墻外壁面加一層熱導(dǎo)率為0.1W/(mK)的保溫層。已知復(fù)合墻壁內(nèi)外兩側(cè)壁面溫度分別為800七和50。，試確定保溫層的厚度。解：根據(jù)多層復(fù)壁導(dǎo)熱計(jì)算公式：

8、2=1500W/mtw1-tw2_800-50q=1-=0.20211121.30.12=34.6mm加熱器T冷卻水9-4圖2-43為比較法測(cè)量材料熱導(dǎo)率的裝置示意圖。標(biāo)準(zhǔn)試件的厚度61=15mm,熱導(dǎo)率圖2-43習(xí)題2-4附圖兀=0.15W/(mK)；待測(cè)試件的厚度S2=16mm。試件邊緣絕熱良好。穩(wěn)態(tài)時(shí)測(cè)得壁面溫度twi=45C、tw2=23七、tw3=189。忽略試件邊緣的散熱損失。試求待測(cè)試件的熱導(dǎo)率九2。解：根據(jù)題意:4523=23-W0.0150.0160.152=0.704W/mK9-5有一3層平壁，各層材料熱導(dǎo)率分別為常數(shù)。已測(cè)得壁面溫度tw1=600七、tw2=500七、tw

9、3=250C及tw4=50七。試比較各層導(dǎo)熱熱阻的大小并繪出壁內(nèi)溫度分布示意圖。解：根據(jù)題意:&-tw2_tw2-tw3tw3-九R1R3100Ri250200R2一R即R1:R2:R3=2:5:49-6熱電廠有一外徑為100mm的過(guò)熱蒸汽管道(鋼管)，用熱導(dǎo)率為九二0.04W/(mK)的玻璃綿保溫。已知鋼管外壁面溫度為400七，要求保溫層外壁面溫度不超過(guò)50七，并且每米長(zhǎng)管道的散熱損失要小于160W,試確定保溫層的厚度。解：根據(jù)圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算公式：Ln曳二160400-501dTln一2二0.040.1解得d2=173.3mm所以保溫層厚度為l=(d2-&)=36.65mm9-7某過(guò)熱蒸

10、汽管道的內(nèi)、外直徑分別為150mm和160mm,管壁材料的熱導(dǎo)率為45W/(mK)。管道外包兩層保溫材料：第一層厚度為40mm,熱導(dǎo)率為0.1W/(mK);第二層厚度為50mm,熱導(dǎo)率為0.16W/(mK)。蒸汽管道內(nèi)壁面溫度為400七，保溫層外壁面溫度為50%。試求：(1)各層導(dǎo)熱熱阻；(2)每米長(zhǎng)蒸汽管道的散熱損失；(3)各層間的接觸面溫度。解：R1=lnd2=1-ln竺0=0.000228m/W2二1d12二451501d31240R2=ln=ln=0.645Km/W2二2d22二0.11601,d41,340R3lnln0.346Km/W2二3d32-0.16240根據(jù)圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)

11、算公式:400-50-3531W/mtw1-tw4R1R2R30.0002280.6450.346由.；,ltw1-tw4R1R2R3t-tt-tt-tw1w2w2w3w3w4=得至1J：RiR2R3tw2=tw1-Ri=400-401.270.00022839990Ctw3=tw1-3(R1R2)=400-401.27(0.0002280.645=14110C9-8有一直徑為d、長(zhǎng)度為l的細(xì)長(zhǎng)金屬圓桿，其材料熱導(dǎo)率人為常數(shù)，圓桿兩端分別與溫度為力和之白陣的表面緊密接觸，如圖2-44所示。桿的側(cè)面與周?chē)?；I流體進(jìn)行對(duì)流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h,流體的溫度為tf,且tft1及t2。試寫(xiě)出圓桿內(nèi)溫度

12、場(chǎng)的數(shù)學(xué)描圖2-44習(xí)題2-8附圖述。解：邊界條件：x=0,t=t1x=l,t=t2換熱方程：dxh(t-tf)4h(t-tf)W=1 .2.d一dx4d2td4h(t-tf)dx29-9已知9-8題中的d=20mm、l=300mm、九=398W/(mK)、t1=200。t2=100C、tf=202、h=20W/(m2K)o試求每小時(shí)金屬桿與周?chē)黧w間的對(duì)流換熱量。解:對(duì)上題的計(jì)算公式進(jìn)行積分計(jì)算，可以得到:F(eu=其中：m=4h有：Aa-AX(dxdx)=AmQ-u2)=1-h-二2d3(內(nèi)-士)x42代入計(jì)算即可得解。9-10測(cè)量?jī)?chǔ)氣罐內(nèi)空氣溫度的溫度計(jì)套管用鋼材制成,熱導(dǎo)率為4445W

13、/(mK),套管壁厚6=1.5mm,長(zhǎng)H=120mm。溫度計(jì)指示套管的端部溫度為80七，套管另一端與儲(chǔ)氣罐連接處的溫度為40七。已知套管與罐內(nèi)空氣間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為試求由于套管導(dǎo)熱引起的測(cè)溫誤差。5W/(m2K)。解：忽略測(cè)溫套管橫截面上的溫度變化，并認(rèn)為套管端部絕熱，則套管可以看成是等截面直肋，測(cè)溫誤差為tl根據(jù)(247)tl-1ft0-tfch(ml)套管截面面積A=nd6,套管換熱周長(zhǎng)U=nd,m(l_x)_m(l_x)mx_rnx.-e)12(e-e)ml_mle-eml=、hUl.A查附錄13得到:ch(ml)=ch(1.033)=1.582tftl(chml)tl-t。1.

14、58280-40一C一148.7(chml)-11.582-1二(80-148.7)C-68.7C9-11同上題，若改用熱導(dǎo)率九=15W/(mK)、厚度為0.8mm的不銹鋼套管，其它條件不變，試求其測(cè)溫誤差。解：解：忽略測(cè)溫套管橫截面上的溫度變化，并認(rèn)為套管端部絕熱，則套管可以看成是等截面直肋，測(cè)溫誤差為tl-tf根據(jù)（247）t0-tfch(ml)套管截面面積A=nd6,套管換熱周長(zhǎng)U=nd,ml=l=2.449查附錄13得到:ch(ml)=ch(1.033)=5.834方法如上。9-12熱電偶的熱接點(diǎn)可以近似地看作球形，已知其直徑d=0.5mm、材料的密度P=8500kg/m3、比熱容c=

15、400J/（kgK）。熱電偶的初始溫度為25七，突然將其放入120七的氣流中，熱電偶表面與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為間常數(shù)；（2）熱電偶的過(guò)余溫度達(dá)到初始過(guò)余溫度的解:先判斷能否用集總參數(shù)法：90W/（m2K）,試求：（1）熱電偶的時(shí)1%時(shí)所需的時(shí)間。BihR900.0005*“1十=看是否小于0.1Vc-得到:hA:VchA850040400904二2d!一i2】=12.6secondshAVT-e得到:hA=0.01口iVC一二eu計(jì)算得到：ln0.01=4.61hA:Vc=58.0seconds9041id29-13將初始溫度為80七、直徑為20mm的紫銅棒突然橫置于溫度位20七、流速為12

16、m/s的風(fēng)道中冷卻，5分鐘后紫銅棒的表面溫度降為34。已知紫銅棒的密度888950kg/m3、比熱容c=380J/(kgK)、熱導(dǎo)率九=390W/(mK),試求紫銅棒表面與氣體間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。hr一解：由Bi=得至I：Bihr0.01h3900,1,可以用集總參數(shù)法計(jì)算。14=0.23360hA.TVc-e得到:hA一疾=0.023計(jì)算得到：一In0.0238950d38020人3004h=3.77=82.49Wm-C9-14將一塊厚度為5cm、初始溫度為250七的大鋼板突然放置于溫度為20幻的氣流中，鋼板壁面與氣流間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100W/(m2K),已知鋼板的熱導(dǎo)率4=

17、4752W/(mK)、熱擴(kuò)散率a=1.47M10m2/s,試求：(1)5分鐘后鋼板的中心溫度和距壁面1.5cm處的溫度；(2)鋼板表面溫度達(dá)到150七時(shí)所需的時(shí)間。hr解：這是一個(gè)一維平板非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的問(wèn)題，由Bi=上得到:Bi=hr=O.02500=0.0530.1,可以用集總參數(shù)法計(jì)算。47!Vc由-二e得到:T_竺_1003001.4710-5-2L=e%=e一一470.025=0,687計(jì)算得到：tw=t1,5=20+230x0.687=1780ChA口由-一二e得到:6_hA1001.47105470.025-130230計(jì)算得到：1n器4700251001.4710J=456sec=

18、7.6min求：(1)解：(1)BihrF0-a2r0.025500“c=0.278450456008000450二120.0252一9-15一直彳仝為50mm的細(xì)長(zhǎng)鋼棒，在加熱爐中均勻加熱到溫度為400七后取出，突然放入溫度為30b的油浴中，鋼棒表面與油之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為500W/(m2K)o已知鋼棒材料的密度P=8000kg/m3、比熱容c=450J/(kgK)、熱導(dǎo)率九=45W/(mK)。試10分鐘后鋼棒的中心和表面溫度；(2)鋼棒中心溫度達(dá)到180七時(shí)所需的時(shí)間。,hr由Bir得到：(2)150370=0.405查表得到：F0=3.445XT_800045020.0252=3.4計(jì)算得至Ui=170se8nds9-16如圖左邊絕熱；2-45所示，一個(gè)橫截面尺寸為200M300mm的二維導(dǎo)熱物體，邊界條件分別為:右邊與接觸的流體對(duì)流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為50W/(m2K),流體溫度為20七;