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1、图5-14 习题5-2附图tftW=90热电偶的触点5-1 如附图所示，用裸露的热电偶测量管道中气体的温度，稳定后，热电偶所指示的温度为170 。已知管道内侧壁温度维持为90，高温气流与热电偶触点的对流传热系数为50 W/（m2K），热电偶接点的表面发射率为0.6。试求高温气体的真实温度及测量误差。解：测温误差：5.2在某一产品的制造过程中，在厚度ds=1.0mm 的基板上紧贴了一层透明的薄膜，其厚度为df=0.2mm。薄膜表面有一冷却气流流过，其温度为tf=20，对流传热的表面传热系数为h=40 W/(m2K) 。同时，有一股辐射能q透过薄膜投射到薄膜与基板的结合面上，如图所示。已知，基板的
2、另一面维持在温度t1=30,生产工艺要求薄膜与基板结合面的温度t0为60，薄膜的导热系数为lf=0.02 W/(mK)，基板的导热系数为ls=0.06 W/(mK)。投射到结合面上的辐射热流全部可全部被结合面吸收，薄膜对60的辐射是不透明的。试确定辐射密度应为多大。解：结合面到基板另一侧的热阻：薄膜和对流侧的总热阻： 辐射热流密度：5.3一单层玻璃窗，高1.5m，宽1m，玻璃厚3mm，玻璃的导热系数为 W/(mK)，室内外的空气温度分别为20和5，室内、外空气与玻璃窗之间对流传热的表面传热系数分别为 W/(m2K)和 W/(m2K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流传热热阻。解
3、：室内对流侧的热阻：室外对流侧的换热热阻：玻璃的导热热阻：玻璃窗的散热：5.4有一台传热面积为12m2的氨蒸发器。氨液的蒸发温度为0，被冷却水的进口温度为9.7、出口温度为5，已知蒸发器的传热量为6900W。试计算：（1）该蒸发器的总传热系数；（2）冷却水的流量为多少。解：（1）7.09（2）所以可得：5.5一个管式冷凝器，其管外侧是饱和水蒸气的凝结，其管内侧是经过处理的循环水。冷凝器的管束采用外径为19 mm，壁厚1.0mm的黄铜管。（1）若已知管外水蒸气凝结的表面换热系数为8000 W/(m2.K)，管内侧循环水与内表面的表面换热系数为8230 W/(m2.K)，黄铜的导热系数为110 W
4、/(m.K)，计算冷凝器洁净状况下的总传热系数（以管外面积为基准）；（2）若该冷凝器由230根、长度为6m的管子组成，管外蒸汽的温度为110，管内循环水的平均温度为70，计算该冷凝器的传热量。解：（1）得：（2）5.6一个高温金属件的冷却过程进行分析和计算。金属件为平板，高2m，宽2m，厚0.3m，金属材料为铬钢 Wcr=17%。金属件初始温度均匀为630，将其竖直放入室内进行冷却，室内空气及墙壁温度均为30。金属件表面发射率取0.7。计算金属件平均温度冷却到50所用的时间。解： 空气的物性参数： 由辐射换热系数：所以表面换热系数为所以采用集中参数法可求得注意：由于不同温度下的金属材料及空气的
5、物性参数有所不同，为了减小误差可以将金属的下降的温度分为不同的阶段进行求解。5.7 对习题5-6，将金属件改为半径为0.3m、长2m的长圆柱重新计算解：同理该题应采用集中参数来计算长圆柱的达到50度的所用的时间由于长圆柱的特征长度和竖直平板的特征长度一样所以计算一样：空气的物性参数： 由辐射换热系数：所以表面换热系数为所以采用集中参数法可求得由于不同温度下的金属材料及空气的物性参数有所不同，为了减小误差可以将金属的下降的温度分为不同的阶段进行求解。5.8对习题5-6，将金属件改为半径为0.3m的球重新计算。解：球的特征长度为0.3m特征温度：空气的物性参数： 由辐射换热系数：所以表面换热系数为
6、所以采用集中参数法可求得由于不同温度下的金属材料及空气的物性参数有所不同，为了减小误差可以将金属的下降的温度分为不同的阶段进行求解。5.9重新对例题2-2中双层玻璃窗的散热进行分析和计算。如附图所示，每块玻璃的高度为1.5m，宽为1m，厚度为4mm，玻璃的导热系数为0.65 W/(mK)，双层玻璃间的距离为8mm。若在晚上平均的室内、外空气温度维持在20C 和- 7C。试计算在晚上通过该双层玻璃窗散热的热流量。图5-15习题5-9附图tf1=20Ctf2=-7Cd3=4mmd1=4mmd2=8mm解：空气的导热系数热阻：81.04热流量：J6-1 在火力发电厂的高压加热器中，从汽轮机抽出的过热
7、蒸汽用来加热给水，过热蒸汽在加热器中先被冷却到相应的饱和温度，然后冷凝成水，最后被冷却到过冷水。试绘出冷、热流体的温度沿换热面变化曲线。解：6-2 一卧式冷凝器采用外径为25mm、壁厚1.5mm的黄铜管做成换热表面。已知管外冷凝侧的平均表面传热系数为5700 W/(m2K)，管内水侧的平均表面传热系数为4300 W/(m2K)。试计算下面两种情况下冷凝器按管子外表面计算的总传热系数：（1）管子内外表面均是洁净的；（2）考虑结垢情况，管内为海水，平均温度小于50，管外为干净的水蒸汽。解：黄铜的导热系数（1）管子内外表面均是洁净的情况下（2）考虑结垢情况，管内为海水，平均温度小于50，管外为干净的
8、水蒸汽海水的污垢热阻为：6-3 有一台液液换热器，甲、乙两种介质分别在管内、外流动。实验测得的总传热系数与两种流体流速的变化关系如附图所示。试分析该换热器的主要热阻在甲、乙流体哪一侧？图6-22 习题6-3附图介质甲的流速0k介质乙的流速、进口温度不变0k介质乙的流速介质甲的流速、进口温度不变解：主要热阻在介质乙这一侧，因为增加介质甲的流速对传热系数的影响并不大，而增加介质乙的流速则使传热系数明显上升，这说明介质乙对总热阻有举足轻重的影响。6-4 一台1-2型壳管式换热器用来冷却12号润滑油。冷却水在管内流动，流量为3kg/s；热油的入口温度100，出口温度。已知换热器总传热系数W / (m2
9、K)。试计算：（1）所传递的热量；（2）油的流量；（3）所需的传热面积。解：查的润滑油的比热为水的比热为油的流量：所传递的热量： 所需的传热面积：6-5 有一管壳式换热器，已知换热管的内径为17mm，外径为19mm，单程管子的根数为50根，单程管长为4m。热水走管程，热水的流量为33t/h，热水的进、出口温度分别为55和45。被加热的冷水走壳程，冷水的流量为11t/h，冷水的进、出口温度分别为15和45。若已知换热器传热系数为1200 W/(m2K)，试计算该换热器的面积和需要的管程数？解：冷水：壳程；热水：管程，由P与R查表得；6-6 某顺流布置换热器的传热面积为14.5m2，用来冷却流量为
10、8000kg/h、比热为1800J/(kgK)、进口温度为100的润滑油，采用流量为2500kg/h、比热为4174J/(kgK)、进口温度为30的水作为冷却介质，水在管内流过。如果传热系数为330W/(m2K)，试用效能与传热单元数确定换热器的出口油温和水温。解：顺流；根据效能-传热单元数法：计算的又因为所以假设（1）解得由于；解得所以此种假设不成立（2）；解得；解得所以此种假设成立6-7 一个管壳式冷凝器，其壳程（管外侧）是饱和水蒸气的凝结，其管程（管内侧）是经过处理的循环水，冷凝器采用单管程布置。（1）若已知水蒸气的压力为1.43105Pa（饱和温度为110），流量为5.0 kg/s。现
11、提供的循环水的进口温度为50，若希望循环水的出口温度低于90，计算全部蒸汽凝结成饱和水所需的循环水流量；（2）若冷凝器的管束采用外径为19 mm，壁厚1.0mm的黄铜管，设计流速为1.3m/s，计算管内的表面换热系数；（3）若已知管外水蒸气凝结的表面换热系数为8000 W/(m2.K)，黄铜的导热系数为110 W/(m.K)，计算冷凝器洁净状况下的总传热系数（以管外面积为基准）；（4）在上面条件下，计算所需管子的根数和每单根管子的长度。解：（1）所以（2）循环水的物性参数雷诺数根据雷诺数的范围选取计算努赛尔数的公式管内的表面换热系数（3）（4） ；传热量循环水的流动截面积所以需要的根数每根管的
12、长度6-8 设计一台同心套管式换热器用于对润滑油进行冷却。已知：热油的温度为70，需冷却油的质量流量为0.2kg/s，冷却水的入口温度为15，若希望将热油冷却到55以下。6-9 在一顺流式换热器中传热系数K与局部温差程线性关系，即，其中a和b为常数，为任一截面上的局部温差，试证明该换热器的总传热量为式中分别为入口段和出口段的传热系数。证明： 联立得将代入得到将此式从A=0到做积分，得：即将此式应用于换热器流体出口处，即处，并将a的表达式代入，得：另一方面按u的定义有：将此式代入上式即可得出结果。7-1 一块厚度为d 的平板，平板内有均匀的内热源，热源强度为，平板一侧绝热，平板另一侧与温度为tf
13、 的流体对流换热，且表面传热系数为h。给出该问题的数学描写，并求解其内部的温度分布。解：对公式进行了两次积分，得到再利用两个边界条件可得到温度分布为：7-2 厚度 2d 的无限大平壁，物性为常数，初始时内部温度均匀为 t0，突然将其放置于介质温度为t并保持不变的流体中，两侧表面与介质之间的表面传热系数为h。给出该问题的数学描写。解：因为两边对称，所以只需要研究厚度为的情况即可，将x轴的原点置于中心截面上7-3 一个金属的矩形长柱体（断面的尺寸为a、b）悬置在室内，初始情况下，其内部温度均匀且等于周围的空气温度，从某时刻起开始通电加热，通电的电流为I，已知导体的单位长度的热阻为R，各物性参数均为
14、已知，现在拟确定其内部温度的变化规律。（1）对该问题作简单的分析（问题的类型，边界情况等）；（2）画出示意图，并建立坐标系，然后写出描述该物体内部温度分布的数学描写；（3）如果金属材料的导热系数很大，此时，对该问题可以作什么样的简化？ 解：（1）二维；非稳态；常物性；有均匀内热源；边界为第三类边界条件；（2）因为此柱体对称，所以只需要研究四分之一的柱体即可；（3）若金属材料的导热系数很大，则柱体内部的导热热阻几乎可以忽略，因而任一时在某一方向上的温度接近均匀。7-4 一厚度为50mm的无限大平壁，其稳态温度分布为t=a+bx2（C），式中a=200 C， b=-2000 C/m。若平板导热系数为45W/(mK)，试求：（1）平壁两侧表面处的热流密度；（2）平壁中是否有内热源？为什么？如果有内热源的话，它的强度应该是多大？解：由题意可得，此题可先设定为一维、常物性、稳态导热问题。因为t=a+bx2所以；（1）两侧的热流（2）7-5 在一厚度为50mm的大平壁内有均匀的内热源，平壁的导热系数为，在这些条件下，平壁内的温度分布为，在处表面温度为120，并且与温度为20的流体进行对流换热，表面传热系数为500，另一个边界绝热。（1）计算平壁的内热源强度。（2
