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1、习题课航空航天工程热物理研究所航空航天工程热物理研究所例例1 如如图图所所示示的的两两种种水水平平夹夹层层，试试分分析析冷冷、热热表表面面间间热热量量交交换换的的方方式式有有何何不不同同？如如果果要要实实验验测测定定夹夹层层中中流流体体的的导导热热系系数数，应应采采用哪一种布置？用哪一种布置？热面热面冷面冷面液体液体a热面热面冷面冷面液体液体b解：解：n热热面面在在下下时时可可能能引引起起夹夹层层中中间间流流体体的的自自然然对对流流，因因此此b图中有导热和对流换热图中有导热和对流换热(表面换热表面换热)， a图中只有导热；图中只有导热；n为避免对流的影响，实验测导热系数应选为避免对流的影响，实
2、验测导热系数应选a图。图。例例2 热热水水瓶瓶瓶瓶胆胆剖剖面面如如图图所所示示。瓶瓶胆胆的的两两层层玻玻璃璃之之间间抽抽成成真真空空，内内胆胆外外壁壁及及外外胆胆内内壁壁涂涂了了发发射射率率很很低低（约约0.05）的的银银。试试分分析析热热水水瓶瓶具具有有保保温温作作用用的的原原因因。如如果果不不小小心心破破坏坏了了瓶瓶胆胆上上抽抽气气口口处处的的密密封封性性，会会影影响响保保温温效效果果吗吗？抽气口抽气口导热导热辐射换热辐射换热第一类边第一类边界条件界条件解：解：n抽抽成成真真空空使使导导热热和和对对流流几几乎乎都都不不会会发发生生；壁壁面面很很低低的的发发射射率率大大大大削削弱弱了了内内外
3、外壁壁面面间间的的辐辐射换热；射换热；n抽抽气气口口密密封封性性破破坏坏使使气气体体进进入入夹夹层层，保保温温性性能下降。能下降。例例2例例3 夏夏天天，阳阳光光照照耀耀在在一一厚厚度度为为40mm的的用用层层压压板板制制成成的的木木门门外外表表面面上上，用用热热流流计计测测得得木木门门内内表表面面的的热热流流密密度度为为15W/m2。外外表表面面温温度度为为40C，内内表表面面温温度度为为30C。试试估估算算此此木木门在厚度方向上的导热系数。门在厚度方向上的导热系数。解：解：例例4 一一长长、宽宽各各为为10mm的的等等温温集集成成电电路路芯芯片片，安安装装在在一一块块底底板板上上，温温度度
4、为为20C的的空空气气在在风风扇扇作作用用下下冷冷却却芯芯片片。芯芯片片最最高高允允许许温温度度为为85C，芯芯片片与与冷冷却却气气流流间间的的平平均均表表面面传传热热系系数数为为17515W/m2。试试确确定定在在不不考考虑虑辐辐射射时时芯芯片片的的最最大大允允许许功功率率是是多多少少？芯芯片片顶顶面面高高出出底板的高度为底板的高度为1mm。例例4有效换有效换热面热面例例5 例例4中中，如如果果把把芯芯片片及及底底板板置置于于一一个个封封闭闭的的机机壳壳内内，机机壳壳的的平平均均温温度度为为20C，芯芯片片的的表表面面黑黑度度为为0.9，其其余余条条件件不不变变，试试确确定定芯芯片的最大允许
5、功率。片的最大允许功率。例例6 有有一一台台气气体体冷冷却却器器，气气侧侧表表面面传传热热系系数数h1=95W/(m2K)， 壁壁 面面 厚厚 2.5mm， 导导 热热 系系 数数 为为46.5W/(mK)，水水侧侧表表面面传传热热系系数数h2=5800W/(m2K)。设设传传热热壁壁可可以以看看作作平平壁壁，试试计计算算各各个个环环节节单单位位面面积积的的热热阻阻及及从从气气到到水水的的总总传传热热系系数数。你你能能否否指指出出，为为了了强强化化这这一一传传热热过过程程，应首先从哪一环节着手？应首先从哪一环节着手？例例6解：解： R1是主要的热阻，要强化这一传热过程是主要的热阻，要强化这一传
6、热过程首先应从强化气侧换热着手。首先应从强化气侧换热着手。例例7 如图所示的传热过程，已知：如图所示的传热过程，已知：试计算单位面积所传递的热量。试计算单位面积所传递的热量。例例7例例8 外外径径为为100mm的的蒸蒸汽汽管管道道，覆覆盖盖密密度度为为20kg/m3的的超超细细玻玻璃璃棉棉毡毡保保温温。已已知知蒸蒸汽汽管管道道外外壁壁温温度度为为400C，希希望望保保温温层层外外表表面面温温度度不不超超过过50C，且且每每米米长长管管道道上上散散热热量量小小于于163W，试确定所需的保温层厚度。，试确定所需的保温层厚度。解：由附录解：由附录4得导热系数：得导热系数：例例8例例8例例9 一一个个
7、储储液液氮氮的的容容器器可可近近似似地地看看成成内内径径为为300mm的的圆圆球球，球球外外包包有有厚厚30mm的的多多层层结结构构的的隔隔热热材材料料。隔隔热热材材料料沿沿半半径径方方向向的的当当量量导导热热系系数数为为1.8e-4W/(m.k)。球球内内液液氮氮的的温温度度为为-195.6C，室室温温为为25C，液液氮氮的的相相变变热热为为（汽汽化化潜潜热热）为为199.6kJ/kg。试试估估算算在在上述条件下液氮每天的蒸发量。上述条件下液氮每天的蒸发量。 (3-13) (3-15) 例例9热阻热阻 多层球壁多层球壁例例9例例10 试试比比较较附附图图所所示示的的三三种种一一维维导导热热问
8、问题题的的热热流流量量大大小小：凸凸面面锥锥台台、圆圆柱柱、凹凹面面锥锥台台。比比较较的的条条件件是是d1、t1、t2及及导导热热系系数数均均相相同同。三三种种形形状状物物体体的的直直径径与与x轴轴的的关关系系可可统统一一表表示示为为 ，其其中中a及及n之值如下：之值如下：凸面锥台凸面锥台 圆柱圆柱凹面锥台凹面锥台an0.50.01.5导热系数是温度得函数：导热系数是温度得函数：以一维稳态导热为例：以一维稳态导热为例：分离变量积分得：分离变量积分得：例例10例例11 试试计计算算通通过过一一立立方方体体墙墙角角的的热热损损失失，已已知知每每面面墙墙厚厚300mm，导导热热系系数数为为0.8W/
9、(m.k)，内内外外壁壁温温分分别别为为400C及及50C。如如果果三三面面墙墙的的内内壁壁温温度度t11，t12，t13各各不不相相等等，但但均均高高于于外外壁壁温温度度，试试提提出出一一个个估估算算热热损损失失范范围围的的方方法。法。形状因子形状因子形状因子例例11解：查表解：查表32有：有：估算可以取三面墙内壁平均温度作为内估算可以取三面墙内壁平均温度作为内侧有效温度侧有效温度 水以水以1.2m/s的流速流过内径为的流速流过内径为20mm的长直管。如果的长直管。如果管子的壁温为管子的壁温为75，水从，水从20加热到加热到70；管子壁温为管子壁温为15，水从，水从70冷却到冷却到20。试计
10、算两种情况下的换热系数，。试计算两种情况下的换热系数，并讨论造成差别的原因。并讨论造成差别的原因。 解：根据题意，上述两种情况下流体的平均温度，即定解：根据题意，上述两种情况下流体的平均温度，即定性温度都为性温度都为 由此查出流体物性由此查出流体物性例例12（1 1）水被加热的情况）水被加热的情况（2 2）水被冷却的情况）水被冷却的情况这表明水被加热时比水被冷却时换热系数大，这是因为水被加热时，近壁处水的粘度降低，对流加强。一炉膛内火焰的平均温度为一炉膛内火焰的平均温度为1500K，炉墙上有，炉墙上有一直径为一直径为20cm的看火孔（可看成黑体）。试的看火孔（可看成黑体）。试计算当看火孔打开时
11、向外辐射的功率。该辐射计算当看火孔打开时向外辐射的功率。该辐射能中波长为能中波长为2 的光谱辐射力是多少？哪一的光谱辐射力是多少？哪一种波长的辐射能最多种波长的辐射能最多?例例13解解：根据根据Plank定律，当定律，当 时时由由Wien位移定律位移定律:例例14 一台逆流逆流套管换热器用来冷却润滑油。冷却水在管内流动，入口温度为20 ，出口温度为50 ，流量为3kg/s，管内对流传热系数为8700 ， 管子壁厚可不计管子壁厚可不计；管外油的入口温度为100 出口温度为60 ，管外对流传热系数为400 ，试计算油的流量及所需的传热面积。假设套管换热器外绝热，水的比热为4174 ，油的比热为21
12、48 解解: 油的流量油的流量平均传热温差平均传热温差 传热系数（传热系数（公式公式(8-10),(8-14)）所需传热面积所需传热面积例例15两两块块平平行行放放置置灰灰体体平平板板的的表表面面黑黑度度为为0.8，温温度度分分别别为为 t1=527及及t2 =27，板板间间距距远远小小于于板板的宽度与高度。试计算：的宽度与高度。试计算：（1）板板1的的本本身身辐辐射射；（2）对对板板1的的投投入入辐辐射射；（3）板板（1）的的反反射射辐辐射射；（4）板板1的的有有效效辐辐射射；（5）板板2的的有有效效辐辐射射（6）板板1、2间间的的辐射换热量辐射换热量解：（解：（1）板）板1的本身辐射的本身
13、辐射（2）对板）对板1的投入辐射（的投入辐射（公式公式(7-30),(7-32)）两板间的换热量两板间的换热量由由则则（3）板）板1的反射辐射的反射辐射（4）板）板1的有效辐射的有效辐射（5）板）板2的有效辐射的有效辐射（6）板）板1、2间的辐射换热量间的辐射换热量 设设有有如如图图所所示示的的几几何何体体，半半球球表表面面是是绝绝热热的的，底底面面被被一一直直径径（D=0.2m）分分为为1、2两两部部分分。表表面面1为为灰灰体体，T1=550K，黑黑度度0.35；表表面面2为为黑黑体体，T2=330K。试试计计算算表表面面1的的净净辐辐射射热热损损失及表面失及表面3的温度。的温度。 解：解：例例16例例16重辐射面重辐射面灰体表面灰体表面黑体表面黑体表面1 1个表面热阻个表面热阻2 2个空间热阻个空间热阻 因为因为 ，表面，表面1 1发出的辐射热通过绝热面发出的辐射热通过绝热面3 3可以反射到表面可以反射到表面2 2上上表面表面1 1的净辐射热损失：的净辐射热损失：由由
