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1、第 1 章 绪论 习题,一大平板，高 3m、宽 2m、厚 0.02m，导热系数为 45 W/(mK)，两侧表面温度分别为 t1 = 100、 t2 = 50，试求该平板的热阻、热流量、热流密度。 一间地下室的混凝土地面的长和宽分别为 11m 和 8m，厚为 0.2m。在冬季，上下表面的标称温度 分别为 17和 10。如果混凝土的热导率为 1.4 W/(mK) ，通过地面的热损失率是多少？如果采用效率为 f = 0.90 的燃气炉对地下室供暖，且天然气的价格为Cg = $0.01/MJ，每天由热损失造成的费用是多少？ 空气在一根内径 50mm，长 2.5m 的管子内流动并被加热，已知空气平均温度
2、为 80，管内对流 传热的表面传热系数为 h = 70W/(m2K)，热流密度为 q = 5000W/m2，试求管壁温度及热流量。 受迫流动的空气流过室内加热设备的一个对流换热器，产生的表面传热系数 h = 1135.59 W/(m2K) ，换热器表面温度可认为是常数，为 65.6，空气温度为 18.3。若要求的加热功率为 8790W， 试求所需换热器的换热面积。 一电炉丝，温度为 847，长 1.5m，直径为 2mm，表面发射率为 0.95。试计算电炉丝的辐射功率。 夏天，停放的汽车其表面的温度通常平均达 4050。设为 45，表面发射率为 0.90，求车子顶 面单位面积发射的辐射功率。 某
3、锅炉炉墙，内层是厚 7.5cm、 = 1.10W/(mK) 的耐火砖，外层是厚 0.64cm、 = 39W/(mK) 的钢 板，且在每平方米的炉墙表面上有 18 只直径为 1.9cm 的螺栓 = 39W/(mK) 。假定炉墙内、外表面温度均 匀，内表面温度为 920K，炉外是 300K 的空气，炉墙外表面的表面传热系数为 68 W/(m2 K) ，求炉墙的总 热阻和热流密度。 有一厚度为 = 400mm 的房屋外墙，热导率为 = 0.5W/(mK)。冬季室内空气温度为 t1 = 20， 和墙内壁面之间对流传热的表面传热系数为 h1 = 4 W/(m2 K)。室外空气温度为 t2 = 10，和外
4、墙之间对 流传热的表面传热系数为 h2 = 6W/(m2 K)。如果不考虑热辐射，试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传 热量和内、外壁面温度。 一双层玻璃窗，宽 1.1m、高 1.2m、厚 3mm，导热系数为 1.05W/(m K) ；中间空气层厚 5mm，设 空气隙仅起导热作用，导热系数为 2.6010 -2 W/(m K) 。室内空气温度为 25，表面传热系数为 20 W/(m2 K) ；室外温度为10，表面传热系数为 15 W/(m2 K) 。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单 层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。,1,第 2 章 导热基本定律及稳态热传
5、导 习题,一直径为 do，单位体积内热源的生成热 的实心长圆柱体，向温度为 t的流体散热，表面传热 系数为 ho，试列出圆柱体中稳态温度场的微分方程式及定解条件。 金属实心长棒通电加热，单位长度的热功率等于 l（单位是 W/m），材料的导热系数 ，表面 发射率 、周围气体温度为 tf，辐射环境温度为 Tsur，表面传热系数 h 均已知，棒的初始温度为 t0。试给出 此导热问题的数学描述。 试用傅里叶定律直接积分的方法，求平壁、长圆筒壁及球壁稳态导热下的热流量表达式及各壁内 的温度分布。,某房间的砖墙高 3m、宽 4m、厚 0.25m，墙内、外表面温度为 15和-5，已知砖的导热系数 = 0.7
6、W/(mK )，试求通过砖墙的散热量？ 一炉壁由耐火砖和低碳钢板组成，砖的厚度1 = 7.5cm，导热系数1 = 1.1W/(m)，钢板的厚度 2 = 6.4cm，导热系数2 = 39W/(m)。砖的内表面温度 tw1 = 647，钢板的外表面温度 tw2 = 137。（1） 试求每平方米炉壁通过的热流量；（2）若每平方米壁面有 18 个直径为 1.9cm 的钢螺栓（ = 39W/(m)） 穿过，试求这时热流量增加的百分率。 平壁表面温度 tw1 = 450，采用石棉作为保温层材料， = 0.094 + 0.000125 t ，保温层外表面温 度为 tw2 = 50，若要求热损失不超过 340
7、W/m2，问保温层的厚度应为多少？ 在如图 2-32 所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度 远小于直径 d。由于安装制造不好，试 件与冷、热表面之间存在着一厚度为 =0.1mm 的空气隙。设热表面温度 t1 = 180 ，冷表面温度 t2 = 30 ，空气隙的导热系数可分别按 t1、t2 查取。试 计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。通过空气隙的辐射传热可 以忽略不计。（ = 58.2W，d = 120mm ) 一铝板将热水和冷水隔开，铝板两侧面的温度分别维持 90和 70不变，板厚 10mm，并可认为是无限大平壁。0时铝板的导热系数 = 35.5 W/(mK) ，100时 = 34
8、.3 W/(mK) ，并假定在此温度范围内导热系数是 温度的线性函数。试计算热流密度，板两侧的温度为 50和 30时，热流密 度是否有变化？ 2-9 厚度为 20mm 的平面墙的导热系数为 1.3 W/(mK) 。为使通过该墙的,热流密度 q 不超过 1830W/m2，在外侧敷一层导热系数为 0.25 W/(mK) 的保温 材料。当复合壁的内、外壁温度分别为 1300和 50时，试确定保温层的厚 度。,、某大平壁厚为 25mm，面积为 0.1m2，一侧面温度保持 38，另一侧面保持 94。通过材料的 热流量为 1 kW 时，材料中心面的温度为 60。试求出材料的导热系数随温度变化的线性函数关系
9、式？ 参看图 2-33，一钢筋混凝土空斗墙，钢筋混凝土的导热系数 =1.53W/(mK )，空气层的当量导 热系数 = 0.742W/(mK )。试求该空斗墙的单位面积的导热热阻。,图 2-33 习题 2-11 附图 蒸汽管道的内、外直径分别为 160mm 和 170mm，管壁导热系数 = 58W/(mK )，管外覆盖两层 保温材料：第一层厚度2 = 30mm、导热系数2 = 0.093W/(mK )；第二层3 = 40mm、导热系数3 = 0.17W/(mK )。蒸汽管的内表面温度 tw1 = 300，保温层外表面温度 tw4 = 50。试求(1)各层热阻，并比较 其大小；(2)单位长蒸汽管
10、的热损失；(3)各层之间的接触面温度 tw2 和 tw3。 一外径为 100mm，内径为 85mm 的蒸汽管道，管材的导热系数 = 40W/(mK )，其内表面温度 为 180，若采用 = 0.053W/(mK )的保温材料进行保温，并要求保温层外表面温度不高于 40，蒸汽管 允许的热损失 ql =52.3W/m。问保温材料层厚度应为多少？ 一根直径为 3mm 的铜导线，每米长的电阻为 2.2210-3。导线外包有厚 1mm 、导热系数 0.15W/(mK)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为 65，最低温度 0，试确定这种条件下导线中允许通 过的最大电流。 用球壁导热仪测定型砂的导热系数。两同心
11、空心球壳直径分别为 d1 = 75mm，d2 = 150mm，两 球壳间紧实地充填了型砂。稳态时，测得内、外表面温度分别为 t1 = 52.8，t2 = 47.3，加热的电流 I = 0.124A，电压 U = 15V，求型砂的导热系数。 测定储气罐空气温度的水银温度计测温套管用钢制成，厚度 = 15mm，长度 l = 20mm，钢的导 热系数 = 48.5W/(mK )，温度计示出套管端部的温度为84，套管的另一端与储气罐连接处的温度为40。,图 2-32 习题 2-7 附图,2,已知套管和罐中空气之间的表面传热系数 h = 20W/(m2K )，试求由于套管导热所引起的测温误差。 同上题，
12、若改用不锈钢套管，厚度 = 0.8mm，长度 l = 160mm，套管与储气罐连接处予以保温 使其温度为 60，试求测温误差为多少？ 截面为矩形的冷空气通道，外形尺寸为 32.2m 2，通道墙厚度均为 0.3m，已知墙体的导热系数 = 0.56W/(mK )，内、外墙表面温度均匀，分别为 0和 30，试求每米长冷空气通道的冷量损失。 直径为 30mm、长为 100mm 的钢杆，导热系数 = 49W/(mK) ， 将其置于恒温的流体中，流体温度 tf = 20，杆的一端保持恒定的 200 （流体与此端面不接触），流体对杆的表面传热系数为 20 W/(m2K) ，试 计算离端头 50mm 处的温度
13、。 过热蒸汽在外径为 127mm 的钢管内流过，测蒸汽温度套管 的布置如图 2-34 所示。已知套管外径 d = 15mm ，厚度 = 0.9mm ，导,热系数 = 49.1W/(mK )。蒸汽与套管间的表面传热系数 h = 105 W/(m2K)。为使测温误差小于蒸汽与钢管壁温度差的 0.6%，试确定套 管应有的长度。 2-21 用一柱体模拟燃汽轮机叶片的散热过程。柱长 9cm、周界为 cm、截面为 1.95cm2，柱体的一端被冷却到 305（见图 2-35）。815 的高温燃气吹过该柱体，假设表面上各处的表面传热系数是均匀为 28 W/(m2K)，柱体导热系数 = 55 W/(mK) ，肋
14、端绝热。试求： 计算该柱体中间截面上的平均温度及柱体中的最高温度； 冷却介质所带走的热量。 2-22 两块厚 5mm 的铝板，粗糙度都是 2.54m，用螺栓连接，接 触压力为 2MPa，通过两块铝板的总温差为 80。已知铝的导热系数为 180W/(mK )，试计算接触面上的温度差。,第 3 章 非稳态热传导,习题 一热电偶的热结点直径为 0.15mm，材料的比热容为 420J/(kgK )，密度为 8400kg/m3，热电偶与流体 之间的表面传热系数分别为 58W/(m2K )和 126W/(m2K )，计算热电偶在这两种情形的时间常数。 热电偶的热结点近似认为是直径为 0.5mm 的球形，热
15、电偶材料的 = 8930kg/m3，c = 400J/(kgK )。热 电偶的初始温度为 25，突然将其放入 120的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数 h = 95W/(m2K )，试求热电偶的过余温度达到初始过余温度的 1%时所需的时间为多少？这时热电偶的指示温 度为多少？ 将初始温度为 80，直径为 20mm 的紫铜棒，突然横置于气温为 20，流速为 12m/s 的风道中，5min 后紫铜棒表面温度降为 34。已知紫铜的密度 = 8954kg/m3，c = 383.1J/kgK ， =386W/(mK )，试求紫铜 棒与气体之间的表面传热系数。 有两块同样材料的平壁A 和 B，已知
16、 A 的厚度为 B 的两倍，两平壁从同一高温炉中取出置于冷流体 中淬火，流体与平壁表面的表面传热系数近似认为是无限大。已知 B 平壁中心点的过余温度下降到初始过 余温度的一半需要 12min，问平壁A 达到同样的温度需要多少时间？ 内热阻相对于外热阻很小（Bi 0.1）的物体被温度为 tf 的常温介质所冷却。物体的初始温度为 ti，表 面传热系数不知道，只知道1 时刻物体的温度为 t1。试求该物体温度随时间的变化关系。 一厚度为 0.2m 的钢板受到常热流密度 q = 10kW/m2 的热流加热，如钢板初始温度为 20，已知钢材 导热系数 = 48.5W/(mK )，a = 12.710 -6m2/s，试问 4min 后钢板表面温度为多少？距表面 0.1m 处温度为多 少？ 一长水泥杆，初始温度为 7，直径为 250mm，空气与水泥杆之间的表面传热系数
