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1、1. 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、，试求该板的热阻、热流量、热流密度。 解：解：由傅立叶导热定律： 热阻 m 热流量 热流密度 2. 空气在一根内径50mm，长2.5m的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为80，管内对流换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。 解：由牛顿冷却公式：得到 3炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成，厚度都为250 mm，热导率分别为0.6 W/(mK)和0.4 W/(mK)，炉墙内外壁面温度分别维持700 C和80 C不变。（1）试求通过炉墙的热流
2、密度；（2）如果用热导率为0.076 W/(mK)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变，试确定该保温层的厚度。解：多层平壁的导热量计算: 又 得到： 4 热电厂有一外径为100 mm的过热蒸汽管道（钢管），用热导率为 W/(mK)的玻璃绵保温。已知钢管外壁面温度为400 C，要求保温层外壁面温度不超过50 C，并且每米长管道的散热损失要小于160 W，试确定保温层的厚度。解：圆筒壁的稳态导热： 解得 保温层厚度为5某过热蒸汽管道的内、外直径分别为150 mm和160 mm ，管壁材料的热导率为45 W/(mK)。管道外包两层保温材料：第一层厚度为40 mm，热导
3、率为0.1 W/(mK)；第二层厚度为50 mm，热导率为0.16 W/(mK)。蒸汽管道内壁面温度为400 C，保温层外壁面温度为50 C。试求：（1）各层导热热阻；（2） 每米长蒸汽管道的散热损失；（3）各层间的接触面温度。解： 圆筒壁的稳态导热计算： 由，得： 6已知某蒸汽管线的外径为108mm，表面温度为350。为降低热损失敷设保温层，要求保温层的外表面温度不能超过60。保温材料的热导率与温度的关系为=0.045+0.000214t W/(mK) (t的单位为)。为将热损失控制在200W/m以内，试确定所需的保温层厚度。解：设所需的保温层厚度为dmm，则保温层外径为d2=d1+2d=1
4、08+2d 。 tw1=350C tw260C Fl200W/m 计算时取tw2=60C Fl=200W/m 圆筒壁的平均温度：=(tw1+tw2)/2=(350+60)/2=205 平均热导率：=0.045+0.000214 =0.045+0.000214205 = 0.08887 W/(mK) （3分） （2分）7热电偶的热接点可以近似地看作球形，已知其直径 mm、材料的密度 kg/m3、比热容 J/(kgK)。热电偶的初始温度为25 C，突然将其放入120 C的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数为90 W/(m2K)，试求：（1）热电偶的时间常数；（2）热电偶的过余温度达到初始过余
5、温度的1%时所需的时间。解: 若 成立，则必须。一般热电偶接点由金属做成，其热导率很大，存在。故可用集总参数法计算。时间常数： 当时，计算得到： 8将初始温度为80 C、直径为20 mm的紫铜棒突然横置于温度位20 C、流速为12 m/s的风道中冷却，5分钟后紫铜棒的表面温度降为34 C。已知紫铜棒的密度 kg/m3、比热容 J/(kgK)、热导率 W/(mK)，试求紫铜棒表面与气体间对流换热的表面传热系数。解: 假设 成立，可用集总参数法计算。 根据 计算得到：校核： 成立，计算结果可靠。9将一块厚度为5 cm、初始温度为250 C的大钢板突然放置于温度为20 C的气流中，钢板壁面与气流间对
6、流换热的表面传热系数为100 W/(m2K)，已知钢板的热导率 W/(mK)、热扩散率 m2/s，试求：（1）5分钟后钢板的中心温度和距壁面1.5 cm处的温度；（2）钢板表面温度达到150 C时所需的时间。解：这是一个一维平板非稳态导热的问题。 ，可以用集总参数法计算。（1） 根据，得 则 （2） 根据，计算得到： 10水以1m/s的流速流过一内直径为20mm的直钢管，水的入口温度为20，管壁温度为60，试求水被加热到40时所需要的管长。解：这是一个管内强迫对流换热问题。(1)查物性 流体平均温度 壁温tw=60C水的物性参数：rf=995.7kg/m3，cpf=4.174kJ/(kgK)，
7、f=0.619W/(mK)，nf=0.80510-6 m2/s ，hf=801.210-6 kg/(ms)，Prf=5.42；hw=469.710-6 kg/(ms)。 （2）判断流态 为湍流 （3）选择公式，计算表面传热系数假设满足；又，则 W/(m2K) （4）计算管长热平衡方程： m 校核：成立，计算可靠。11热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，保温层外径d=383mm，壁温tw=48C，周围空气的温度tf=22C。试计算蒸汽管道保温层外壁面的对流散热量。解：特征温度C则空气的物性参数： Prm=0.7 流动属层流，查表得 c=0.48、n=1/4 ，则 表面传热系数： 则单位管长的对流散热
8、量为： 12用裸露热电偶测量管道内高温烟气的温度，如图4-38所示。热电偶的指示温度700 C，烟道内壁面温度 C，热电偶端点和烟道壁面的发射率均为0.8，烟气和热电偶端点之间对流换热的表面传热系数 W/(m2K)。忽略热电偶线的导热，试确定由于热电偶端点和烟道壁面之间的辐射换热所引起的测温误差及烟气的真实温度。解：热电偶与管道壁面的辐射换热可以视为内包壁面和大空腔之间的辐射换热，所以热电偶与气体之间的对流换热量为：图4-38 习题4-12附图图4-39 习题4-13附图 由热平衡可以得到： 由此可以解得：由于辐射带来的误差为：13为了减小上题中的测温误差，给热电偶加装遮热罩，同时安装抽气装置
9、，强化烟气和热电偶端点之间的对流换热，如图4-39所示。如果遮热罩内外壁面的发射率均为0.2，烟气和热电偶端点间对流换热的表面传热系数加大为80 W/(m2K)，其它参数如上题，试确定测温误差。解：热电偶与遮热罩的辐射换热可以视为内包壁面和大空腔之间的辐射换热，所以热电偶与气体之间的对流换热量为：热平衡时： 遮热罩与墙壁之间的辐射换热可以视为内包壁面和大空腔之间的辐射换热遮热罩与气体之间的对流换热量为：热平衡时： 由此可以解得： 辐射换热带来的误差：14. 一单层玻璃窗，高1.2m，宽1m，玻璃厚0.3mm，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
10、对流换热的表面传热系数分别为h1=5W/(m2K)和h2=20 W/(m2 K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。解：传热量的计算： 导热热阻为： 内侧对流换热热阻为： 外侧对流换热热阻为：15.一冷库的墙由内向外由钢板、矿渣绵和石棉板三层材料构成，各层的厚度分别为0.8 mm、150 mm和10 mm，热导率分别为45 W/(mK)、0.07 W/(mK)和0.1 W/(mK)。冷库内、外气温分别为-2 C和30 C，冷库内、外壁面的表面传热系数分别为2 W/(m2K)和3 W/(m2K)。为了维持冷库内温度恒定，试确定制冷设备每小时需要从冷库内取走的热量。解: 这是一个通过多层平壁的传热过程。为了维持冷库内温度恒定，需要从冷库内每小时取走的热量为： 16. 有一厚度为400mm的房屋外墙，热导率为 W/(mK)。冬季室内空气温度为，和墙内壁面之间对流换热的表面传热系数为 W/(m2 K)。室外空气温度为-10，和外墙之间对流换热的表面传热系数为 W/(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。解：传热系数：单位面积的传热量：由得到：
