傳熱學(xué)習(xí)題答案

1、第一章與熱理論基礎(chǔ)1 .按20c時，銅、碳鋼(1.5%。、鋁和黃銅導(dǎo)熱系數(shù)的大小，排列 它們的順序；隔熱保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值最大為多少？列舉膨脹珍 珠巖散料、礦渣棉和軟泡沫塑料導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值。答：銅 鋁黃銅碳鋼；隔熱保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)最大值為 0.12W/ (m?K)膨脹珍珠巖散料：25 C60-300Kg/m30.021-0.062 W/ (m?K)礦渣棉：30 c207 Kg/m30.058 W/ (m?K)軟泡沫塑料：30 c41-162 Kg/m30.043-0.056 W/ (m?K)2 .推導(dǎo)導(dǎo)熱微分方程式的已知前提條件是什么？答：導(dǎo)熱物體為各向同性材料。t52、3 . (1) =

2、 2000k/m , q=-2X 10 (w/m ).fxt52、(2) 一 = -2000k/m, q=2X 10(w/m ).：:x4 . (1) qx2 =0, qx*=9 103w/m(2) q.：=1.8 105 w/m35 .已知物體的熱物性參數(shù)是 入、P和c,無內(nèi)熱源，試推導(dǎo)圓柱坐 標(biāo)系的導(dǎo)熱微分方程式。由 計 r1 / ft、 1 "t f2t 答：=/r/，) r2R 帝6 .已知物體的熱物性參數(shù)是 入、p和c,無內(nèi)熱源，試推導(dǎo)球坐標(biāo) 系的導(dǎo)熱微分方程式。2,t 1 二 2 二t 1 二 .Ct 1二 2t答:一二a下一(r ) (sin) -2-二 r ： r 二

3、 r r sin1 r sin 二7 . 一半徑為R的實心球，初始溫度均勻并等于 t°,突然將其放入一 溫度恒定并等于tf的液體梢內(nèi)冷卻。已知球的熱物性參數(shù)是入、p和c,球壁表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h,試寫出描寫球體冷卻過程的完整 數(shù)學(xué)描述。12 ：t”7r(r“0,0 r R答:=0,0 三 r 三 R,t = t0r ft工 A0,r =R,-九二=h(ttf)r =Rr = 0, = 0drF2t 二二 b(t 273)4U答：8 .從宇宙飛船伸出一根細長散熱棒，以輻射換熱將熱量散發(fā)到外部 空間去，已知棒的發(fā)射率（黑度）為£ ,導(dǎo)熱系數(shù)為入，棒的長度為 l ,橫截面面積

4、為f ,截面周長為U,棒根部溫度為T 0。外部空間是 絕對零度的黑體，試寫出描寫棒溫度分布的導(dǎo)熱微分方程式和相應(yīng)的 邊界條件。:x2x=0 , t+273=T 0x= £,-九一|x/= b(ti + 273)4 x第二章穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1 .為什么多層平壁中溫度分布曲線不是一條連續(xù)的直線而是一條折線？答：因為不同材料的平壁導(dǎo)熱系數(shù)不同。2 .導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的無內(nèi)熱源的平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，若平壁兩側(cè)都 給定第二類邊界條件，問能否惟一地確定平壁中的溫度分布？為什 么？t ,答：不能。因為在導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的無內(nèi)熱源的平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中 7為x常數(shù)，q為定值，由q =-九2求解得t = -9x+c常數(shù)c

5、無法確定，所 二 x以不能惟一地確定平壁中的溫度分布。3 .導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的無內(nèi)熱源的平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，試問（1）若平 壁兩側(cè)給定第一類邊界條件twi和tw2,為什么這一導(dǎo)熱過程的溫度分 布與平壁的材料無關(guān)？為什么？ （ 2）相同的平壁厚度，不同的平壁 材料，仍給定第一類邊界條件，熱流密度是否相同。答：（1）因為在該導(dǎo)熱過程中由= c = -tw匚煜dxt ：:t（2）不相同。因為q =-九/，7為定值，而入不同，則q隨N而變。 x x4 .如果圓筒壁外表面溫度較內(nèi)表面溫度高，這時壁內(nèi)溫度分布曲線的情形如何? d In，x，、d1，、答：圓筒壁內(nèi)的溫度分布曲線為t = tw1 - (tw1 -

6、 tw2)d-(tw1 < tw2)In山d15 .參看圖2-19,已知球壁導(dǎo)熱系數(shù)入為常數(shù)，內(nèi)外表面分別保持twi 和tw2,度推導(dǎo)空心球壁導(dǎo)熱量計算公式和球壁的導(dǎo)熱熱阻。答：球體的r2 ；:r：2t(r.:r1小ft 邛2r 77 r2 ；：2t)=0c ft2 r汗 汗2當(dāng)r=ri時，當(dāng)r=r2時,t=tw1t=tw2dt對上式進行求解dr得t =101r21 cc2tw1tw2Gq_±c2C2Gr2r2r1tw1tw2 c2 - tw12所以球體的溫度分布為w1球體的導(dǎo)熱量計r2r1算公式L-1r2Q=Aq=4r2q,且dtq 二-dr2c1r12Q 二- -2 4 r

7、c1r4 二4 二(tw1 -tw2)1tw1 - &2J1、 1():r24 二1空心球壁的導(dǎo)熱量為tw1 - tw2J1、 1() -1r2 4 二-)-1r2 4 二6.同上題，若已知邊界條件改為第三類邊界條件，即已知1小兒 試推導(dǎo)通過空心球壁傳熱量的計算公式和球壁的傳熱熱阻。和th2二4二 r；hi(twi -tn)答：Q2 ,=4 - r2 h2 (tw2 - tf 2 )=(-1 t 一 t f 1 f 2L，) s2,.2 )r2 r1 h1 r2 h2tw1 - tw21 V 1()-r1r2 4 二1,11傳熱熱阻為L”兀2,2,1 hi2 h27 .答：通過石專墻總

8、散熱：*=672 (W8 .答：內(nèi)表面溫度tw1=1.5C9 .答：加貼泡沫層厚度6=0.091(m)=91(mm)10 .答：保溫層厚度 0 0.147 (nrj) =147(mm)11 .答：紅石專層厚度應(yīng)改為 500 (mm12 .答：該雙層玻璃窗的熱損失 41.66 (W單層玻璃；其它條件不變時熱損失2682.68 (W13 .答：第一層占總熱阻比：22.2%第二層占總熱阻比：51.9%第三層占總熱阻比：25.9%14 .答：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) K=30.23 W/ (mbK)熱流通量q=5687.2 W/m215 .方案(1) K=29.96 W/ (m2 - K)方案(2) K=29.9

9、9 W/ (m2 K)方案(3) K=37.4 W/ (m2 K)16 .答：取修正系數(shù)中=0.96單位面積導(dǎo)熱阻：0.204 (m2 - K) /W17 .答:(1)單位長度管壁中：第一層材料導(dǎo)熱阻：R,1 =1.66x10”(km2)/W第二層材料導(dǎo)熱阻：R,2 -0.517 k *m2 /W第三層材料導(dǎo)熱阻：R,3 =0.2796 k *m2 /W(2)每米蒸汽管熱損失q314.0(W/m)(3)t w2=299.95 Ct w3=137.61 C18 .解：調(diào)換后是調(diào)換前的79 %19 .電流是 6.935 (A)20 .解：保溫層材料厚度71.5mm21 .解：取保溫材料外表面溫度為

10、室溫25c時，蒸發(fā)量m=1.85 kg/h22 .解：有，dc =4;2h223 .根據(jù)現(xiàn)有知識，試對肋壁可以使傳熱增強的道理作一初步分析。 答：肋壁加大了表面積，降低了對流換熱的熱阻，直到了增強傳熱的 作用。24 . 一直徑為d,長度為l的細長圓桿，兩端分別與溫度為t1和t2的表面緊密接觸，桿的側(cè)面與周圍流體間有對流換熱， 已知流體的溫度 為tf,而tf<ti或t2,桿側(cè)面與流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h,桿材料的 導(dǎo)熱系數(shù)為入，試寫出表示細長桿內(nèi)溫度場的完整數(shù)學(xué)描述， 并求解 其溫度分布。答：把細長圓桿看作肋片來對待，那么單位時間單位體積的對流散熱4h(t-tf)h(t - tf )-

11、ddx量就是內(nèi)熱源強度。qv =d-二()2dx2d2t4h 一2 (t - tf) = 00<x<ldx dx=0t=tix=lt=t222.j2 dx令 m = 二- ,貝(t-tf) = 0可化為=m2(ttf) ，d dx ddx肋的過余溫度為 0 =t-tf,則 0 1=tl-tf,0 2=t2-tf ,-c1 exp(mx) c2 exp( - mx)根據(jù)邊界條件，求得：G =12 - Mexp(-ml)exp(ml) - exp(-ml)1 1 exp(ml) 一 12exp(ml) - exp(-ml)所以該桿長的溫度分布為:i211exp(-ml)/ 、i1exp

12、(ml)-i2/、21exp(mx)12exp(- mx)exp(ml) - exp(-ml)exp(ml) - exp(- ml)25.解：溫度。=44.88ch0.472 18.9x1散熱量 =321.33(W)26 .解:t f = 100C測溫誤差： t=16C27 .解：材料改變后，測出 3=99.85%誤差：100-99.85=0.15 C28 .答：(1)鋁材料 3f =0.961(2) 鋼材、=0.85329.答：總散熱量包括肋表面管壁面散熱之和：11.885kW 31.答：散熱量：484.29 (W/rm32.答：H 之37，©=154.21(W)34.答：接觸面上

13、溫差51.4 C第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1 .何謂正常情況階段，這一階段的特點是什么？答：正常情況階段：物體內(nèi)各處溫度隨時間的變化率具有一定的規(guī)律， 該階段為物體加熱或冷卻過程中溫度分布變化的第二階段。2 .何謂集總參數(shù)分析，應(yīng)用這種方法的條件是什么？應(yīng)怎樣選擇定 型尺寸？答：當(dāng)Bi<0.1時，可以近似地認(rèn)為物體的溫度是均勻的，這種忽略 物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻，認(rèn)為物體溫度均勻一致的分析方法稱為集總參數(shù) 法。給出任意形態(tài)的物體，由于它的導(dǎo)熱系數(shù)很大，或者它的尺寸 很小，或者它的表面與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)很小，因此物體的Bi準(zhǔn)則小于0.1,可以采用集總參數(shù)法。3 .試舉例說明溫度波的衰減和延遲性質(zhì)。

14、答：綜合溫度的振幅為37.1 C,屋頂外表面溫度振幅為 28.6 C,內(nèi) 表面溫度振幅為4.9 C,振幅是逐層減小的，這種現(xiàn)象稱為溫度波的 衰減。不同地點，溫度最大值出現(xiàn)的時間是不同的，綜合溫度最大值 出現(xiàn)時間為中午12點，而屋頂外表面最大值出現(xiàn)時間為12點半，內(nèi) 表面最大值出現(xiàn)時間將近16點，這種最大值出現(xiàn)時間逐層推遲的現(xiàn) 象叫做時間延遲。4 .用不銹鋼作底板的家用電熨斗初始時處于室溫 tf。當(dāng)開關(guān)接通后， 電熱器在底板內(nèi)以qvW/m3的強度發(fā)熱。不銹鋼的熱物性參數(shù) 入、p 和c均為已知，不銹鋼的體積為V,暴露于空氣中的表面面積為A , 該表面與空氣之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h,試用集總參數(shù)法分

15、析電熨斗 底板溫度變化T( ).答：根據(jù)物體熱平衡方程式得，cV =Vqv -hA。 C ThAcexp(hAcV又當(dāng) T=0 時，0 (0) =0, c = qhA所以，所上梨1 exp（一hA)5 .該熱電偶外形為球形，定性尺寸L = = 0.025 m3C1 =1.52 Sc2 =0.7 S二 2 0.0032 0.0166.= 0.000716(mm)4二 0.003 0.016 才 0.0032-cV-cL= 111.56S7. 此答案取熱電偶球形直徑 d=0.5mm則r =14.43 s T=119.05 C8. . =426(s)9. r =0.554(h)10. h=83.2

16、W/(m 2 K)11. =48min12. =6h13. r =3.56(h)14. i0 =-12 -22 =341-12-22 = -10 一工 h' 二 1 n 叩 hA 飛 二 h 7.5 10，434= 448717(s)15. .= 597(h)16. 10分鐘后棒中心及表面均為油溫tm=tW定300cE=71 S,I =1043 KJ17. r =2.508(h)18. t w=30.85 C t x=o.i =21.53 C19. 入=0.0502w/(m . k)20.21.k =2.32h22.23.石專墻x=0.618 m_ _2、Qw=1014.97(w/m)

17、木墻 x=0.25 m24.x=0.1m t min=-1.883 C= 2.1hx=0.5 m,t min=0.681 C 之=10.5h第五章 對流換熱分析1.影響對流換熱的因素有流體種類、速度、物理性質(zhì)、表面溫度、 環(huán)境溫度、形狀、尺寸、位置、表面狀況 .等等，試以你的感性認(rèn) 識舉例說明這些因素的存在。答：日常生活中，蒸汽換熱與水換熱，其種類不同，物理性質(zhì)也不 同，則換熱效果也明顯不同。在晴朗無風(fēng)的天氣里與有風(fēng)的天氣里曬衣服，其流體速度不 同，衣服曬干的時間也是不同的，說明換熱效果有不同。一杯水放在空氣裝配能夠與放在冰箱里，環(huán)境溫度不同，其換熱效果有是不同的。板式換熱器與肋片式換熱器形狀

18、不同，定性尺寸也不同，換熱效果也不同。粗糙管與光滑管的換熱效果也是不一樣的。換熱器放在窗下面與放在墻角換熱效果是不一樣的。2 .試設(shè)想用什么方法可以實現(xiàn)物體表面溫度恒定、表面熱流恒定的邊界條件？答：加熱水使其在沸騰狀態(tài)，放一物體在沸騰水中，此狀況下物體表面溫度可認(rèn)為是恒定的。將一物體外層包裹一層絕熱材料， 再將物 體連入一恒定電流的加熱器中，則其物體可認(rèn)為是表面熱流恒定。3 .試就自然界和日常生活中的對流換熱現(xiàn)象舉例，說明哪些現(xiàn)象可以作為常壁溫或者常熱流邊界條件來處理？哪些現(xiàn)象可以近似地按常壁溫或常熱流處理？答：在冰箱內(nèi)層結(jié)了一層冰，與冰箱內(nèi)物體換熱，此時，冰箱內(nèi)壁 是常壁溫的。電爐加熱可視為

19、常熱流。水壺?zé)_水，可近似認(rèn)為是恒 熱流的加熱方式。暖壺裝滿熱水內(nèi)壁可近似認(rèn)為是常壁溫的。5 .沸騰水與常溫水的溫度有沒有數(shù)量級差別？如果厚度相比是否可以認(rèn)為是1與§之比？答：沸騰水與常溫水的溫度沒有數(shù)量級差別。如果流體外掠長度只有1mm的平板，那么它的板長與邊界厚度相比是可以認(rèn)為是 1與§ 之比。6 .對流換熱過程微分方程式與導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達式兩 者有什么不同之處？- l ,?t、答：對流換熱過程微分方程式：hx= DT()w，x導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達式為：,?t'h (t J- t | f) =- l ?n式中為x點貼壁處流體的溫度梯度，k/m

20、。由近壁面的溫度場確定， l為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，qx為對流換熱量，是隨著x的變化而變化的， 而中是確定的。式中的l是傳熱體的導(dǎo)熱系數(shù)，由傳熱材料決定。7 .流體外掠平板，在溫度條件不變的情況下，主流速度增加時，它 的局部和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都增加，試從換熱原理進行分解釋。答：主流速度增加時，速度邊界層厚度減小，在溫度條件不變時即 使溫度條件不變，熱邊界層厚度減小，增加了邊界層內(nèi)的溫度梯度， 從而局部和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都增加。8 .在相同溫度及速度條件下，不同 Pr流體外掠平板時的溫度及速 度邊界層厚度、速度及溫度梯度及平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等有何差異？答：Pr大的流體，溫度邊界層厚度小于速度邊界層厚度，

21、溫度梯度速度大于速度梯度，則平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)將較大。11 .為什么Pr1時，則StS ,試分析在St>S區(qū)域內(nèi)的流動及換 熱的機制。1答：由公式 4t*Pr%Pr«1t>>6 ,此時在邊界層內(nèi)熱量擴散強度遠大于動量擴散。12 .、. =1.47 10，m13 .、t =9.78 10'm14 .局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：hxem =2273.2 w/(m 2 k)2 hx 62m =1608.2 w/(m - k)hx 衛(wèi).3m =1312 w/(m2 . k)hxc45m =1071.2 w/(m 2 - k)平均表面 h =2142.4 w/(m 2 - k)1

22、5 .、max =2.54 10，m2416 .上=0.376匕-0.24 注：4 =4.64 1u - x、 x 3: uI-11f17 . max =1.3 104m/S18 .xc=0.923 m全板長為層流：h=13.9 W/(m 2.k)=556(W)19 .x c=0.026 m紊流換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式：h=24289 W/(m2 k)= 971577(W)20 .x c=8.265m,全板長流動層流_ _ 2_.h=325.5 W/ (m K),日釗(W)21 .、=3.46 xU二4122. NUx =0.02872Re5Pr 3” 九 %t ) Kb23. h =- =t dy w

23、 tw -tf25. d=2n(twtf '/ar；雋* i!2 N 226. Q=120.5w27. h=10 4 W/(m2 . k)28. h 2=8.24 W/(m 2 k)29. =296.8W30. 使 Gi =5G2 d231. h=31.4 W/(m 2 k)第六章單相流體對流換熱及準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式1 .試定性分析下列問題：(1)夏季與冬季頂棚內(nèi)壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是否一樣？(2)夏季與冬季房屋外墻外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是否相同？(3)普通熱水或蒸汽散熱器片型高或矮對其外壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是 否有影響？(4)從傳熱觀點看，為什么散熱器一般都放在窗戶的下面？(5)相同流速或者相同的流量

24、情況下，大管和小管(管內(nèi)或管外) 的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會有什么變化？答：(1)夏季與冬季頂棚內(nèi)壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是不一樣的。因為夏 季與冬季頂棚內(nèi)壁與室內(nèi)的空氣溫度的溫差是不一樣的。(2)同(1)夏季與冬季房屋外墻外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也是不 一i樣的。(3)普通熱水或蒸汽散熱器片型高或矮對其外壁的表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)是有影響的。因為他們的定性尺寸是不一樣的。(4)因為窗戶附近負荷大，散熱器放在窗戶的下面可以在窗戶附近形成一熱幕，使冷負荷盡可能少的進入房間。 這樣使室內(nèi)溫度更 均勻。(5)相同流速或者相同的流量情況下，大管的對流傳熱系數(shù)小， 小管的對流傳熱系數(shù)較大些。2.傳熱學(xué)通常把“管內(nèi)流動”稱為內(nèi)部流動，

25、將“外掠平板，外掠 圓管”等稱為外部流動，請說明它們的流動機制有什么差別。這些對 流換熱問題的數(shù)學(xué)描寫有什么不同？答：管內(nèi)流動對流換熱的熱阻主要在邊界層。Re104為旺盛湍流區(qū)， Re=2300i04為過度區(qū)。無論層流還是湍流，都存在入口段，且入口 段的換熱很強。管內(nèi)充分發(fā)展的流動與換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h為常數(shù)。 管內(nèi)流動的換熱邊界條件有兩種，即恒壁溫及恒熱流條件。對層流和 低N u數(shù)介質(zhì)的流動，兩種邊界條件結(jié)果不同。但隊湍流和高p r數(shù)介質(zhì)的換熱，兩種邊界條件的影響可以忽略不計，即換熱的Nu是Nuf = 0.023Ref0.8 Prfn加熱流體n = 0.4外掠單管關(guān)聯(lián)式為冷卻流體n = 0.

26、3樣的。管內(nèi)流動與外部流動其邊界層也是不同的。 內(nèi)部湍流數(shù)學(xué)描寫Nuf = cRefnPrf1/3c、n值根據(jù)Ref來確定6-5 .答：第一種散熱器進出口方法是最不利的，熱水根本就不進入 管內(nèi)。第二種比較可靠，穩(wěn)定。其要是受迫對流是更可靠和穩(wěn)定。第 三種只能是受迫對流，其可靠性和穩(wěn)定性不及第二種的受迫對流。6-12答：(1).先計算管內(nèi)流體的出口溫度tf"。qpdl-Mcp(tf"- tf')(2)由于管壁為常熱流邊界條件。根據(jù)管內(nèi)流體進出口溫度的算術(shù) 平均值計算出管內(nèi)流體平均溫度tf=f"+V。2(3.)由tf查表得流體的熱物性參數(shù)值l f、nf、prf

27、、mf、j。(4.)根據(jù)質(zhì)量流量M及管子斷面積，求出管內(nèi)流體速度u = M /(r l A)=4MT2 r pd(5.)計算雷諾數(shù)Re,并判斷流動狀態(tài)并根據(jù)常熱流的邊界條件，選擇相應(yīng)的換熱關(guān)聯(lián)式。計算Nu(6.)由Nu數(shù)，可計算出ho(7.)由常熱流的邊界條件，在熱充分發(fā)展段，流體與壁面間的溫度 差沿管長保持不變。6-13關(guān)于管內(nèi)對流換熱的熱進口段的長度有幾種表達方式，它們各 適應(yīng)什么條件？ ( 1)從管子入口到熱邊界層在管中心閉合前的一段 長度；(2)當(dāng)？q= 0和卜=const前的一段長度；(3) l/d=0.05R ePr.?xr答：對第一種表達方式，為熱進口段長度的定義。適用于粘性流體

28、在 管內(nèi)進行對流換熱的任何情形。對第二種表達方式，適用于常物性流 體，在管內(nèi)的流動狀態(tài)為層流，且邊界條件為常壁溫的情形。6-14答：對外掠平板，隨層流邊界層增厚，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有較快 的降低。當(dāng)層流想紊流轉(zhuǎn)變后，hx因紊流傳遞作用而一迅速增大，并 且明顯高于層流，隨后，由于紊流邊界層厚度增加。hx再呈緩慢下降之勢。對紊流情況下的管內(nèi)受迫流動，在進口段，隨著邊界層厚度的 增加。局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hx沿主流方向逐漸降低。在進口處，邊界層 最厚，hx具有最高值，當(dāng)邊界層轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪骱?，因湍流的擾動與混合 作用又會使hx有所提高，但只有少量回升，其hx仍小于層流。少量回 升。hx再逐漸降低并趨向于一個定

29、值，該定值為熱充分發(fā)展段的hx。6-15.解：令hi為管內(nèi)流動氣體與不銹鋼管內(nèi)壁之間的對流表面?zhèn)鳠?系數(shù)。h2為室內(nèi)空氣與不銹鋼管外壁之間的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。室內(nèi)溫度為tf,微元段處不銹鋼管壁溫度為twi,管內(nèi)微元段處流體的平均 溫度為tfx,管徑為d.則熱平均式為2 .h1Pd(twi- tfx)dx+ h2Pd(twi- t僅)dx= I R17 . h=9541.4 W/(m 2 . k)18 . d=114mm,L=23.1m19 .出 口水流 t f=67C20 .出口 t； =970c21 .h=3328.2 w/(m 2 k) t m=10.9 C22 . tf =83.5=4.

30、65 105 W24 .類比定律;h=7051 w/(m 2 k)光滑管：西得一塔特公式8026 w/(m2 k)迪圖斯貝爾特式 7033 w/(m 2 k)25 . H=5.2 w/(m2 k)26 . h=16.3 w/(m 2 k)27 . h=20513 w/(m 2 . k)28 . t w=65.24 C h=31.42 w/(m 2 k)巾=484(W)29 .相差百分比：18.7%31 .t w=158.5 C32 .pma戶50.463(kw)33 .h=131.7 w/(m 2 k)34 .h=157.2 w/(m 2 k)35 .h=20157 w/(m2 k)36 .h

31、=70.4 w/(m 2 k) h 順=69.5 w/(m 2 . k)37 . tf =27 h=73.7 w/(m 2 , k)38 .N=79.42(W) q=6559.3 w/(m 2 k)功耗比82.639 .比例0.850.9511.051.25 '.5功耗50.8770.0280.09 90.21 133.18 190.6440.換熱量e=1.809M105W N 功耗=65.5 (Vy42. h=5.16 w/(m 2 k)43. =3154W44. q = 132W/m45. =1016W h=4.233 w/(m 2 k)46. t w,max=55.5 C48.N

32、=779.2(W)52. H=7.07 w/(m2 - k) =1021.3W2253. % =1.325 w/(m , k) q=13.25 w/(m - k)54. =10.5(mm) q=23.9 w/m第七章凝結(jié)與沸騰換熱1 .凝液量：m=0.0116(kg/s)2 .水平放置時，凝水量 m=0.0166(kg/s)3 .壁溫 tw=1000 , h=12029 w/(m 2 - k)4 .向卜局度局部換熱系數(shù)w/(m - k)平均換熱系數(shù)w/(m2 - k)X=0.1m976313015X=0.5m65298704X=1.0m549073195.此時管下端液膜內(nèi)已出現(xiàn)紊流。H=673

33、0 w/(m2 - k)6 .豎壁高h=9.2 mm7 .單管與管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之比：上匕=2.1hr束8 .凝結(jié)水量 m=5.14 10-3 (kg/s)9 .考慮過冷度時,m=5.12 10-3 (kg/s)相差：5.14 -5.12 100% =0.39%5.1410 .管長L=1m ,管長減少量15二=%1.5311 .凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=700.2 w/(m 2 k) 凝液量：m=5.242 10-3(kg/s)12 .管長能縮短13 .用于水時，h=5341.1 w/(m 2 - k)700.2與11題相比換熱系數(shù)倍率53411 = 7.6315 .氟禾I昂 12 : &quo

34、t;42143 (W氟禾I昂 22 : *=50810 (W差異：20.6%16 .用電加熱時，加熱方式是控制表面的熱流密度。 而采用蒸汽 加熱則是壁面溫度可控的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當(dāng)加熱功率q稍超過qmax值時，工況將沿qmax虛線跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰線， 使壁面溫度飛升，導(dǎo)致設(shè)備燒壞?？傊?，電加熱等依靠控制熱流來改 變工況的設(shè)備，一旦熱流密度超過峰值，工況超過熱流密度峰值后， 沸騰溫差將劇烈上升到1000 c左右，壁溫也急劇升高，發(fā)生器壁燒 毀現(xiàn)象。采用蒸氣加熱時，工況點沿沸騰曲線依次變化。不會發(fā)生壁面溫 度急劇上升情況。18 .由式(7) /n =115,在一定的純。產(chǎn)口工五個量

35、中，只有 %隨壓強變化最大，P增加時，Pu的增加值將超過Ts的增值和尸的減 少，最終使Rmin隨P的增加而減小。19 . h=1.51 104 w/(m 2 - k)20 . h=67140 w/(m2 k)21 .溫度降為183c h=1585 w/(m 2 k)與自然對流相比較，h沸騰 158522 . Q=3077.18 w/(m2 k) ,t w=106.6 C23 . Cw, =0.0115第八章熱輻射的基本定律1.熱輻射和其他形式的電磁輻射有何相同之點？有何區(qū)別？答：物質(zhì)是由分子、原子、電子等基本粒子組成。當(dāng)原子內(nèi)部的電子受到激發(fā)或振動時，產(chǎn)生交替變化的電場和磁場，發(fā)出電磁波向空間

36、傳播，這就是電磁波。它是熱輻射和其他電磁輻射的相同點。但由于激發(fā)的方法不同，所產(chǎn)生的電磁波長就不相同，它們投射到物體上產(chǎn)生的效應(yīng)也不相同。如果由于自身溫度或熱運動的原因而激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播就稱為熱輻射。2為什么太陽灶的受熱表面要作成粗糙的黑色表面，而輻射采暖板不需要作成黑色？答：太陽灶和輻射采暖板的區(qū)別主要源于它們對溫度的不同要求： 太陽灶的溫度一般都在幾百度以上，為了更有效吸收來自太陽的光熱， 其受熱表面要做成粗糙的黑色表面。輻射采暖板的用處是用來采暖的，氣溫度一般不會太高，所以不需要做成黑色。3窗玻璃對紅外線幾乎是不透明的，但為什么隔著玻璃曬太陽卻使人感到暖和？答：隔著玻璃曬太陽時，太陽

37、通過熱輻射給玻璃熱量，而玻璃也對室內(nèi)進行導(dǎo)熱，對流換熱，輻射等，使得人感到暖和，同時透過玻璃的光在穿過玻璃后衰減為長波輻射，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，使得人感到更加的暖和。4深秋及初冬季節(jié)的清晨在屋面上常常會看到結(jié)霜，試從換熱與輻射換熱的觀點分析a 有霜的早上總是晴天；b 室外氣溫是否一定要低于零度； c 結(jié)霜屋面的熱阻（表面對流換熱熱阻及屋面材料導(dǎo)熱熱阻）對結(jié)霜有何影響？答：（1 ）當(dāng)溫度低于某一值時，空氣中的水分便會凝結(jié)成霜，這樣就使得空氣中的水蒸氣減少，并且在凝結(jié)時，水蒸氣會消耗空氣中的固體粉塵，用其作為凝結(jié)核，這樣又使得空氣中的灰塵減少了，同時水蒸氣和固體粉塵的減少也降低了云形成的可能性，所以有霜

38、的早上總是晴天。（ 2）不一定要低于零度，因為結(jié)霜溫度不光與當(dāng)時水蒸氣的含量有關(guān)， 而且凝結(jié)核的多少也對其有一定的影響。但溫度應(yīng)該是接近于零度。（ 3）在結(jié)霜時的主要換熱方式是熱輻射。屋面的熱阻越小越有利于將表面的熱傳走，越有利于結(jié)霜。5 .實際物體表面在某一定溫度T下的單色輻射力E入隨波長入的變化曲線與它的單色吸收率«九的變化曲線有何聯(lián)系？如已知其單色輻射 力變化曲線如圖8-11所示，試定性地畫出它的單色吸收率變化曲線。“一E.解：，在溫度T下，=Eb，6 .在什么條件下物體表面的發(fā)射率等于它的吸收率(君=")？在什么 情況下當(dāng)名¥豆時，是否意味著物體的輻射違反

39、了基爾霍夫定 律？答：在熱平衡條件下溫度不平衡條件下的幾種不同層次：(1)t ="九口丁無條件成立；(2) Kt ="£T漫表面成立；(3) "&t ="日丁灰表面成立；(4)名(T) ="(丁)漫-灰表面成立。當(dāng)名時，并沒有違反基爾霍夫定律，因為基爾霍夫定律是有前提條 件的，如果沒有以上條件，則,3。7試從普朗克定律推導(dǎo)出維恩位移定律。解：普朗克定律的表達式為：Eb'=C1展 e，T-5一 W /(m2 m)-1C2maxT = 2897.6m KmaxdEb.一 5C11 C1C2 'e 斤 n則飛=0e

40、T -1 T(e T -1)28.黑體溫度T1=1500K時，透過百分?jǐn)?shù)：43.35%T2=2000K時，透過百分?jǐn)?shù)：63.38%T3=6000K時，透過百分?jǐn)?shù)：82.87%9 .在1 p m-4p m范圍內(nèi)，黑體輻射份額：69.9%10 . T=2000K時，份額 1.49%太陽，T=5762K 份額：44.62%11 . (1)輻射強度：3500W/ (nbsr)(2)A 1中心對A表面張開立體角：3.464 乂 104 (sr)A 1中心對A表面張開立體角：4父104 (sr)A 1中心對A表面張開立體角：4x104 (sr)12 .太陽輻射能透過玻璃部分：80.17%室內(nèi)輻射透過比例：

41、013 .全波長總發(fā)射率：:=0.2756總輻射力：7.911 104 W/m214 .該表面吸收率a =0.462515 .發(fā)射率 0.1 ； 800K黑體，£=0.1158; 5800K黑體，£=0.852216 . E=7.127x105 (W/rm),發(fā)光效率：7.03%17.8=0.26發(fā)射率18. 6=0.9,熱平衡溫度 Tw=260.4K=0.1時，熱平衡溫度 Tw=273.85K第九章輻射換熱計算1 .任意位置兩表面之間的角系數(shù)來計算輻射換熱，這對物體表面作 了那些基本假設(shè)？答：角系數(shù)表示表面發(fā)射出的輻射能量中直接落到另一表面上的 百分?jǐn)?shù)。與另一表面的吸收能

42、力無關(guān)，僅取決于表面的大小和相互位 置。在推導(dǎo)中應(yīng)用了兩個假設(shè)條件：物體表面為漫反射面；物體表面 物性均勻。2 .為了測量管道中的氣流溫度，在管道中設(shè)置溫度計。試分析由于 溫度計頭部和壁面之間的輻射換熱而引起的測溫誤差，并提出減少測溫誤差的措施。答：當(dāng)管道的溫度高于氣流的溫度時， 溫度計所測得的溫度高于 氣流的實際溫度；當(dāng)管道的溫度低于氣流的溫度時， 溫度計所測得的 溫度低于氣流的實際溫度。改造措施是：輻射隔熱：將溫度計頭部用遮熱板罩住。3 .在安裝有輻射采暖板的室內(nèi)測量空氣溫度計時，為了消除熱輻射 帶來的誤差，用高反射率材料分別做筒狀和不開口的球殼狀遮熱罩。 試分析這兩種方法的效果，它們測得

43、的溫度是否一樣，為什么？如將 它們的表面涂黑或者刷白，是否影響測溫結(jié)果？答：兩種測量方法的效果是不一樣的。相比之下筒狀遮熱罩內(nèi)流體與溫度計頭部直接接觸，所得的值比較精確。不影響測溫結(jié)果。2、5. (1)電 2=128658 (W/m)2、(2) 1,2=98080 (W/m),2=30578,減少 23.8%(3)名=0.8 時，61,2=57181 (W/m)6 = 0.5 時，電2=43591 (W/俞6.2 = 1.72 (W8.正確錯誤，應(yīng)改為X(1 .2),3 =*X" 含X2,3 A(1 2)A(1 2)9.Xa,ba b "a2 , b2 -2abcos -

44、2a10. dA 1 , A 2 = 0 . 32 X dA1, A2 = 0.06911. Xa,b=01Xa,c -Xa,d =0.165Xa,e -0.208Xa,f -0.4 Xa,g -0.0512.(1)23224(w/m 2) (2)367.42(w/m2)(3)73.48(w/m 2) (4)18579.2(w/m2)293.94(w/m 2) (6)18285.3(w/m 2)13.15.16.17.170.43(w/m)電，2=498w tw=19.8 C高溫表面 ； = 11145.5(w)低溫表面 2=191.5(w)12=50.7(w)18 .12=50.7(w)19

45、 .達到穩(wěn)態(tài)時,表面溫度L= 1307k20 .解： j2 =Eb2 =0_X 2,3A2 Eb21 =-1a1-LA XA X23A21 - ；11,2 = AX1,2 J1 -J2；現(xiàn)在J2=0,J1#0,.J1- J2=01,2:0由于外表面存在輻射，1,2:021. q1,2=69.77 W/m2 ,T 3=453.3k無遮熱板：q1,2 =924.5 W/m222. -105.54(W/m) ,4.584(W/m)24. 1 =94500(W/m)25q=1640(W/m),t 3=74C不用遮熱罩：qL=3925(W/m)26. t f=470.63 C27. 11=416.5 C

46、28. 煙氣發(fā)射率：0.379,輻射換熱量：4=68664(W).30.輻射換熱量：qk=477(W/m)32.地球 TJ96K33.(1)T=393.5K T=263.2K(3) T=588.5K第十章傳熱和換熱器10-3)可否1.計算肋壁的傳熱系數(shù)的公式和平壁的有何不同？式（ 用于肋壁？1答：平壁的傳熱系數(shù)ko =-一1一7；1-hi ' h2肋壁的傳熱系數(shù)或11 . 1hi-h12 ：K、k2不同點在于它們的計算傳熱量的面積基準(zhǔn)不同。書本中的（10-3）即 k =-是可以用于肋壁 工二.1h11 h2 ：2 .在什么具體情況下:tam tw tf ； tam工tf ； tam &

47、lt; tf ；tam > tw < t f。答：具體情況如下：tam>tw>tf ：表示輻射換熱面的傳熱系數(shù)為負值，輻射熱量由環(huán)境傳向物體表面，對流換熱量由物體表面?zhèn)飨蛭矬w周圍的流體；tam <tw <tf ：表示輻射換熱面的傳熱系數(shù)為正值，輻射熱量由環(huán)境傳向物體表面，對流換熱量由物體表面?zhèn)飨蛭矬w周圍的流體；tam<tw>tf ：表示輻射換熱面的傳熱系數(shù)為正值，輻射熱量由環(huán)境傳向物體表面，對流換熱量由物體表面?zhèn)飨蛭矬w周圍的流體；tam > tw < tf ：表示輻射換熱面的傳熱系數(shù)為負值，輻射熱量由環(huán) 境傳向物體表面，對流換熱量由物

48、體表面?zhèn)飨蛭矬w周圍的流體。3 .若兩換熱器冷熱流體進出口溫度相同，但效能 名 不同，是否可以 說效能6大者設(shè)計一定合理？怎樣才能提高效能 & ?答：效能名大的并不一定是合理的。因為換熱器的名的大小受傳 熱面、流動狀態(tài)、表面狀況、換熱面的形狀和大小、能量傳遞方式的 影響。通過提高上述因素提高，而使得成本增加。有時 總的提高不明 顯，但成本資金的浪費卻很大，所以要有優(yōu)化的思想， 一個合理的£ 是最好的。提高名的方法：擴大傳熱面的面積、改變流體狀況、改變流體物 性、改變表面狀況、改變換熱面的形狀和大小、改變能量傳遞方式、 靠外力產(chǎn)生振蕩，強化換熱。4 .為什么逆流換熱器的效能 名極限可接近1,而順流不可能？答：逆流的換熱比順流的充分。在相同的進出口溫度下，逆流比 順流平均溫差大。止匕外，順流時冷流體的出口溫度必然低于熱流體的 出口溫度，而逆流不受此限制。工程上換熱器一般都盡可能采用逆流 布置。5 .目前市場出售的電熱取暖器，一種是紅外線加熱取暖器（通電加 熱玻璃管式或