傳熱學課后標記題目答案1-9

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學習與交流傳熱學課后標記題目答案1-9.精品文檔.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，平均導熱系數(shù)為1.

2、04w/m.k，內(nèi)外壁溫分別是520及50。試計算通過爐墻的熱損失。如果所燃用的煤的發(fā)熱量是2.09×104kJ/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)報中普遍采用風冷溫度的概念（wind-chill temperature）。風冷溫度是一個當量的環(huán)境溫度，當人處于靜止空氣的風冷溫度下時其散熱量與人處于實際氣溫、實際風速下的散熱量相同。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30的圓柱體，試計算當表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為時人體在溫度為20的靜止空氣中的散熱量。如

3、果在一個有風的日子，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加到，人體的散熱量又是多少？此時風冷溫度是多少？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20，芯片的表面黑度為0.9，其余條件不變，試確定芯片的最大允許功率。解： P1.657W1-21 有一臺氣體冷卻器，氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)95W/(m.K)，壁面厚2.5mm，水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m.K)。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94.7，應(yīng)強化氣體側(cè)表面?zhèn)鳠帷５诙?-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

4、的厚度依次為0.794mm.,152mm及9.5mm，導熱系數(shù)分別為45,0. 07及0.1。冷藏室的有效換熱面積為37.2，室內(nèi)外氣溫分別為-2及30，室內(nèi)外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可分別按1.5及2.5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 357.14W 357.14×36001285.6KJ2-7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=3，平底部分直徑d=200，不銹剛的導熱系數(shù)=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/（·K

5、），流體平均溫度tf=95。試列出鍋底導熱的數(shù)學描寫，并計算鍋底兩表面的溫度。解：2-15 外徑為50mm的蒸氣管道外，包覆有厚為40mm平均導熱系數(shù)為0.11的煤灰泡沫磚。絕熱層外表面溫度為50，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。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300由此設(shè)在300時因為所以不會超過允許溫度。當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

6、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量導熱系數(shù)為，球內(nèi)液氨的溫度為-195.6，室溫為25，液氨的相變熱為199.6kJ/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30cm的鋁制圓臺形錐臺，頂面直徑為8.2cm，底面直徑為13cm.。底面及頂面溫度各自均勻，并分別為520及20，錐臺側(cè)面絕熱。試確定通過該錐形臺的導熱量。鋁的導熱系數(shù)為100。解：根據(jù)傅利葉導熱公式得因為：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,20mm處的溫度分別為100，60及40。試據(jù)此確定材料導熱系數(shù)

7、表達式（為平均溫度）中的及b。解：x=0mm,x=10mm處的平均溫度又 所以熱量即 （1）同理x=10mm,x=20mm處得 （2）聯(lián)立得b=-0.009 2-52 在外徑為25mm的管壁上裝有鋁制的等厚度環(huán)肋，相鄰肋片中心線之間的距離s=9.5mm,環(huán)肋高H=12.5mm,厚0.8mm。管壁溫度，流體溫度，管壁及肋片與流體之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為110。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/(m.K)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的鋼管內(nèi)流過，測蒸氣溫度套管的布置如附圖所示。已知套管外

8、徑d=15mm，壁厚0.9mm，導熱系數(shù)49.1。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0.6，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，當該導線受火焰或高溫煙氣的作用而熔斷時報警系統(tǒng)即被觸

9、發(fā)，一報警系統(tǒng)的熔點為5000C，初始溫度為250C。問當它突然受到6500C煙氣加熱后，為在1min內(nèi)發(fā)生報警訊號，導線的直徑應(yīng)限在多少以下？設(shè)復合換熱器的表面換熱系數(shù)為。 解：采用集總參數(shù)法得： ，要使元件報警則 ，代入數(shù)據(jù)得D0.669mm驗證Bi數(shù)：，故可采用集總參數(shù)法。316 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。今有兩個直徑為20mm的銀球，加熱到6000C后被分別置于200C的盛有靜止水的大容器及200C的循環(huán)水中。用熱電偶測得，當因球中心溫度從6500C變化到4500C時，其降溫速率分別為1800C/s及3600C/s。試確定兩種情況下銀球表面與水之間

10、的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。已知在上述溫度范圍內(nèi)銀的物性參數(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（1） 對靜止水情行，由，代入數(shù)據(jù) 驗算Bi數(shù),滿足集總參數(shù)條件。（2） 對循環(huán)水情形，同理， 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331 一火箭發(fā)動機噴管，壁厚為9mm，出世溫度為300C。在進行靜推力試驗時，溫度為1 7500C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，導熱系數(shù)為，。假設(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：（

11、1） 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；（2） 在所允許的時間的終了時刻，壁面中的最大溫差；（3） 在上述時刻壁面中的平均溫度梯度與最大溫度梯度。 無限長圓管341 一鋼球直徑為10cm，初溫為2500C，后將其置于溫度為100C的油浴中。設(shè)冷卻過程中的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可取為，問欲使球心溫度降低到1500C需要經(jīng)過多長時間，此時球表面的溫度為多少？球的導熱系數(shù)為，熱擴散率為。3-52、已知：醫(yī)學知識告訴我們：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

12、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)導熱理論做出上述燒傷深度隨時間變化的曲線。解：按半無限大物體處理，37時。利用習題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，mm0.5分鐘1分鐘2分鐘3分鐘4分鐘5分鐘600.521740.501420143.034.285.246.056.77700.666660.68522.924.145.857.16

13、8.279.25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）的兩種情況列出節(jié)點2，3，4的離散方程式。設(shè)H=45cm,=50W/(m.K),，計算節(jié)點2，3，4的溫度（對于肋端的兩種邊界條件）。解：采用熱平衡法可列出節(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4

14、cm的鋼制圓柱形肋片，初始溫度為25，其后，肋基溫度突然升高到200，同時溫度為25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)定性條件所允許的時間間隔計算依據(jù)）。已知43W/(m.K)，。（提示：節(jié)點4的離散方程可按端面的對流散熱與從節(jié)點3到節(jié)點4的導熱相平衡這一條件列出）。解：三個節(jié)點的離散方程為：節(jié)點2：節(jié)點3：節(jié)點4：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：時間 點 12340200252525200128.8125252

15、200128.8155.8055.093200137.9573.6472.544200143.0486.7085.30在上述計算中，由于之值正好使，因而對節(jié)點2出現(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1234020025252520076.9125252200102.8632.7032.533200116.9842.6342.234200125.5152.5751.944-24、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度不超過允許值，為對葉片中的溫度分布情況作一估算

16、，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987.8W，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1419.9。第五章5-1 、對于流體外標平板的流動，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：對于流體外標平板的流動，其動量方程為： 根據(jù)數(shù)量級的關(guān)系，主流方的數(shù)量級為1，y方線的數(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)量級為1級，為使等式是數(shù)量級為1，則必須是

17、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小）。解：如下圖：5-8、已知：介質(zhì)為25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)橥牧鞯撵`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）25的空氣 =15.53 = x=7.765m （2）25的水 x=0.45275m （3）14號潤滑油 x=156.85m第六章61 、在一臺縮小成為實物1/8的模型中，用200C的空氣來模擬實物中平均溫度為2000C空氣的加熱過程。

18、實物中空氣的平均流速為6.03m/s，問模型中的流速應(yīng)為若干？若模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為195W/(m2K)，求相應(yīng)實物中的值。在這一實物中，模型與實物中流體的Pr數(shù)并不嚴格相等，你認為這樣的?；囼炗袩o實用價值？67、已知：（1）邊長為及b的矩形通道：（2）同（1），但；（3）環(huán)形通道，內(nèi)管外徑為d，外管內(nèi)徑為D；（4）在一個內(nèi)徑為D的圓形筒體內(nèi)布置了n根外徑為d的圓管，流體在圓管外作縱向流動。求：四種情形下的當量直徑。解：614、已知：下的空氣在內(nèi)徑為76mm的直管內(nèi)流動，入口溫度為65，入口體積流量為，管壁的平均溫度為180。 求：管子多長才能使空氣加熱到115。 解：定性溫度，相應(yīng)的

19、物性值為： 在入口溫度下，故進口質(zhì)量流量：，先按計， 空氣在115 時，65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：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2.96/1.0775=2.75m。616、已知：初溫為30的水，以0.875kg/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，換熱器外殼絕熱，內(nèi)管外徑為40mm，外管內(nèi)徑為60mm。 求：把水加熱到50時的套管長度。在管子出口截面處的局部熱流密度是多少？解：定性溫度，查得：，流體被加熱，按式（5-56），有：由熱平衡式，得：管子出口處局部熱流密度為

20、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）。，如果，車速為30km/h，而風速為2m/s，車逆風前行，風速與車速平行。 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， 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1.75m、直徑為0.35m的圓柱體。表面溫度為31，一個馬拉松運動員在2.5h內(nèi)跑完全程（41842.8m），空氣是靜止的，溫度為15。不計柱體兩端面的散熱，不計出汗散失的部分。 求：此運動員跑完全程后的散熱量。 解：平均速度，定性溫度，空氣的物性為：， ，按表5-5.有： 在兩個半小時內(nèi)共散熱

21、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，在流動方向上排數(shù)大于10，管壁平均溫度為165。求：空氣與管束間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 解：定性溫度，得空氣物性值為：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28的房間，管道外表面平均溫度為12，截面尺寸為。注意：冷面朝上相當于熱面朝下，而冷面朝下則相當于熱面朝上。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流從房間內(nèi)帶走的熱量。 解：不考慮相交面處的相互影響

22、， ,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90，玻璃內(nèi)表面溫度為30。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20）。試計算在表面溫度為90時，由于空氣的自然對流而引起的散熱量。解：（1）定性溫度，（2）定性溫度， 據(jù)習題5-65中推薦的公式有：，第七章7-6、飽和溫度為50的純凈水蒸汽在外徑為25.4mm的豎

23、直管束外凝結(jié)，蒸汽與管壁的溫差為11,每根管于長1.5m，共50根管子。試計算該冷凝器管束的熱負荷。解：，r，設(shè)流動為層流，226.31600，故為層流。整個冷凝器的 熱負荷Q=50×4954.8×3.1416×0.0254×1.5×11=326.2kW。7-13、一臥式水蒸汽冷凝器管子的直徑為20mm，第排管子的壁溫，冷凝壓力為4.5xl03Pa。試計算第一排管子每米長的凝結(jié)液量。解：相應(yīng)于4.5×103Pa的飽和溫度為30.94，。h=每米長管子上的凝結(jié)水量：7-17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結(jié)液泄出罩

24、。設(shè)在高l的豎管外，等間距地布置n個泄出罩，且加罩前與加罩后管壁溫度及其他條件都保持不變。試導出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ld100，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：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：，即：，段，即共需17-116各泄出罩。7-25、直徑為30mm的鋼棒(含碳約1.5)在100的飽和水中淬火。在冷卻過程中的某瞬間，棒表面溫度為110,試估算此時棒表面的溫度梯度。沸騰換熱表面

25、傳熱系數(shù)可按式(615)估計。解：，這一對流換熱量系通過工作表面里層的導熱而傳遞到工作表面上，故有：，負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1500K，爐墻上有一著火孔。試計算當著火孔打開時從孔向外輻射的功率。該輻射能中波長為2的光譜輻射力是多少？哪種波長下的能量最多？解：287W/T1500K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900及1100時，工件所發(fā)出的輻射能中的可見光是溫度為700的多少倍？時時。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

26、以時是700時的16.3/0.5672=29.6倍(3)，此時可見光的能量為所以1100時是700時的117.03/0.5672=206.3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）8-23、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1000K。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)X1,2。9-7試確定附圖a、b中幾何結(jié)構(gòu)的角系數(shù)X1,2。1.671.01.671.01.331.330.6670.667角系數(shù)0.190.1650.2750.2559-20、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800K，1，工件表面500K，1。工件及加熱表面在垂直于紙面方向均為無限長。0.15m，0.3m，0.2m。對流不考慮