传热学课后标记题目答案

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1、第一章1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率很低的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性，这会影响保温效果吗？解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，则通过内外胆向外辐射的热量很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。如果密闭性破坏，空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20，平均导热系数为1.04w/m.k，内外壁温分别是520及50。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是

2、2.09104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式 每天用煤 1-16为了说明冬天空气的温度以及风速对人体冷暖感觉的影响，欧美国家的天气预报中普遍采用风冷温度的概念（wind-chill temperature）。风冷温度是一个当量的环境温度，当人处于静止空气的风冷温度下时其散热量与人处于实际气温、实际风速下的散热量相同。从散热计算的角度可以将人体简化为直径为25cm、高175cm、表面温度为30的圆柱体，试计算当表面传热系数为时人体在温度为20的静止空气中的散热量。如果在一个有风的日子，表面传热系数增加到，人体的散热量又是多少？此时风冷温度是多少？1-19 在1-1

3、4题目中，如果把芯片及底板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20，芯片的表面黑度为0.9，其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。解： P1.657W1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数95W/(m.K)，壁面厚2.5mm，水侧表面传热系数W/(m.K)。设传热壁可以看成平壁，试计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？解：则94.7，应强化气体侧表面传热。第二章2-2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm及9.5mm，导热系数分别为45,0. 07及0.1。冷藏室

4、的有效换热面积为37.2，室内外气温分别为-2及30，室内外壁面的表面传热系数可分别按1.5及2.5计算。为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小时需带走的热量。解：由题意得 357.14W 357.1436001285.6KJ2-7如附图所示的不锈钢平底锅置于电器灶具上被加热，灶具的功率为1000W，其中85用于加热平底锅。锅底厚=3，平底部分直径d=200，不锈刚的导热系数=18W/（mK），锅内汤料与锅底的对流传热表面传热系数为2500W/（K），流体平均温度tf=95。试列出锅底导热的数学描写，并计算锅底两表面的温度。解：2-15 外径为50mm的蒸气管道外，包覆有厚为40m

5、m平均导热系数为0.11的煤灰泡沫砖。绝热层外表面温度为50，试检查矿棉渣与煤灰泡沫砖交界面处的温度是否超过允许值？又。增加煤灰泡沫砖的厚度对热损失及交界面处的温度有什么影响？蒸气管道的表面温度取为400。解：由题意多层蒸气管总热流量代入数据得到 由附录知粉煤灰泡沫砖材料最高允许温度为300由此设在300时因为所以不会超过允许温度。当增加煤灰泡沫砖的厚度会使热损失增加，从而边界面处温度下降。2-22 一个储液氨的容器近似的看成为内径为300mm的圆球。球外包有厚为30mm的多层结构的隔热材料。隔热材料沿半径方向的当量导热系数为，球内液氨的温度为-195.6，室温为25，液氨的相变热为199.6

6、kJ/kg。试估算在上述条件下液氨每天的蒸发量。解：2-30 一高为30cm的铝制圆台形锥台，顶面直径为8.2cm，底面直径为13cm.。底面及顶面温度各自均匀，并分别为520及20，锥台侧面绝热。试确定通过该锥形台的导热量。铝的导热系数为100。解：根据傅利叶导热公式得因为：得 得代入数据积分得2-36 q=1000W/m的热流沿x方向穿过厚为20mm的平板（见附图）。已知x=0mm,10mm,20mm处的温度分别为100，60及40。试据此确定材料导热系数表达式（为平均温度）中的及b。解：x=0mm,x=10mm处的平均温度又 所以热量即 （1）同理x=10mm,x=20mm处得 （2）联

7、立得b=-0.009 2-52 在外径为25mm的管壁上装有铝制的等厚度环肋，相邻肋片中心线之间的距离s=9.5mm,环肋高H=12.5mm,厚0.8mm。管壁温度，流体温度，管壁及肋片与流体之间的表面传热系数为110。试确定每米长肋片管（包括肋片及基管部分）的散热量。解：查表得W/(m.K)从图查得，肋片两面散热量为：肋片的实际散热量为：两肋片间基管散热量：总散热量为2-53 过热蒸气在外径为127mm的钢管内流过，测蒸气温度套管的布置如附图所示。已知套管外径d=15mm，壁厚0.9mm，导热系数49.1。蒸气与套管间的表面传热系数h=105。为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的0.6，试确

8、定套管应有的长度。解：按题意应使，查附录得：，。第三章34 在一内部流动的对流换热试验中（见附图），用电阻加热器产生热量加热量管道内的流体，电加热功率为常数，管道可以当作平壁对待。试画出在非稳态加热过程中系统中的温度分布随时间的变化（包括电阻加热器，管壁及被加热的管内流体）。画出典型的四个时刻；初始状态（未开始加热时），稳定状态及两个中间状态。解：如图所示：315 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为5000C，初始温度为250C。问当它突然受到6500C烟气加热后，为在1min内发生报警讯号，导线的直径应限在

9、多少以下？设复合换热器的表面换热系数为。 解：采用集总参数法得： ，要使元件报警则 ，代入数据得D0.669mm验证Bi数：，故可采用集总参数法。316 在热处理工艺中，用银球试样来测定淬火介质在不同条件下的冷却能力。今有两个直径为20mm的银球，加热到6000C后被分别置于200C的盛有静止水的大容器及200C的循环水中。用热电偶测得，当因球中心温度从6500C变化到4500C时，其降温速率分别为1800C/s及3600C/s。试确定两种情况下银球表面与水之间的表面传热系数。已知在上述温度范围内银的物性参数为。 解：本题表面传热系数未知，即Bi数为未知参数，所以无法判断是否满足集总参数法条件

10、。为此，先假定满足集总参数条件，然后验算（1） 对静止水情行，由，代入数据 验算Bi数,满足集总参数条件。（2） 对循环水情形，同理， 按集总参数法时 验算Bi数 ，不满足集总参数条件 改用漠渃图 此时 ，查图得 331 一火箭发动机喷管，壁厚为9mm，出世温度为300C。在进行静推力试验时，温度为1 7500C的高温燃气送于该喷管，燃气与壁面间的表面传热系数为。喷管材料的密度，导热系数为，。假设喷管因直径与厚度之比较大而可视为平壁，且外侧可作绝热处理，试确定：（1） 为使喷管的最高温度不超过材料允许的温度而能允许的运行时间；（2） 在所允许的时间的终了时刻，壁面中的最大温差；（3） 在上述时

11、刻壁面中的平均温度梯度与最大温度梯度。 无限长圆管341 一钢球直径为10cm，初温为2500C，后将其置于温度为100C的油浴中。设冷却过程中的表面传热系数可取为，问欲使球心温度降低到1500C需要经过多长时间，此时球表面的温度为多少？球的导热系数为，热扩散率为。3-52、已知：医学知识告诉我们：人体组织的温度等于，高于48的时间不能超过10s，否则该组织内的细胞就会死亡。今有一劳动保护部门需要获得这样的资料，即人体表面接触到60、70、80、90、100的热表面厚，皮肤下烧伤程度随时间而变化的情况。人体组织性取37水的数值，计算的最大时间为5min，假设一接触到热表面，人体表面温度就上升到

12、了热表面的温度。求：用非稳态导热理论做出上述烧伤深度随时间变化的曲线。解：按半无限大物体处理，37时。利用习题54中给出的公式，可得之值，由误差函数表可查得相应的的数值，从而确定不同（单位秒）下温度为48的地点的x值，即皮下烧伤深度。令对于及70两种情形给出计算结果如下： 烧伤深度，mm0.5分钟1分钟2分钟3分钟4分钟5分钟600.521740.501420143.034.285.246.056.77700.666660.68522.924.145.857.168.279.25变化曲线略。第四章4-10、一等截面直肋，高H,厚，肋根温度为，流体温度为，表面传热系数为h,肋片导热系数为。将它均

13、分成4个节点（见附图），并对肋端为绝热及为对流边界条件（h同侧面）的两种情况列出节点2，3，4的离散方程式。设H=45cm,=50W/(m.K),，计算节点2，3，4的温度（对于肋端的两种边界条件）。解：采用热平衡法可列出节点2、3、4的离散方程为：节点2：；节点3：；节点4：肋端绝热，肋端对流。其中。将已知条件代入可得下列两方程组：肋端绝热 肋端对流 由此解得：肋端绝热，； 肋端对流，。肋端对流换热的条件使肋端温度更接近于流体温度。4-15、一直径为1cm,长4cm的钢制圆柱形肋片，初始温度为25，其后，肋基温度突然升高到200，同时温度为25的气流横向掠过该肋片，肋端及两侧的表面传热系数均

14、为100。试将该肋片等分成两段（见附图），并用有限差分法显式格式计算从开始加热时刻起相邻4个时刻上的温度分布（以稳定性条件所允许的时间间隔计算依据）。已知43W/(m.K)，。（提示：节点4的离散方程可按端面的对流散热与从节点3到节点4的导热相平衡这一条件列出）。解：三个节点的离散方程为：节点2： 节点3：节点4：。以上三式可化简为：稳定性要求，即。，代入得：，如取此值为计算步长，则：，。于是以上三式化成为： 时间 点 12340200252525200128.8125252200128.8155.8055.093200137.9573.6472.544200143.0486.7085.30在上述计算中，由于之值正好使，因而对节点2出现了在及2时刻温度相等这一情况。如取为上值之半，则，于是有：对于相邻四个时层的计算结果如下表所示：时间 点12340200