传热学习题5.docx

1、传热学习题5第1章绪论习题1-1 一大平板，高3m、宽2m、厚 0.02m，导热系数为45 W/(mK)，双侧表面温度别离为t1 = 100、t2 = 50，试求该平板的热阻、热流量、热流密度。1-2 一间地下室的混凝土地面的长和宽别离为11m和8m，厚为0.2m。在冬季，上下表面的标称温度别离为17和10。若是混凝土的热导率为 W/(mK)，通过地面的热损失率是多少？若是采纳效率为f = 的燃气炉对地下室供暖，且天然气的价钱为Cg = $MJ，天天由热损失造成的费用是多少？1-3 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，管内对流传热的表面传热系数为h

2、= 70W/(m2K)，热流密度为q = 5000W/m2，试求管壁温度及热流量。1-4 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 = W/(m2K)，换热器表面温度能够为是常数，为65.6，空气温度为18.3。假设要求的加热功率为8790W，试求所需换热器的换热面积。1-5 一电炉丝，温度为847，长1.5m，直径为2mm，表面发射率为。试计算电炉丝的辐射功率。1-6 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，求车子顶面单位面积发射的辐射功率。1-7 某锅炉炉墙，内层是厚7.5cm、 = (mK)的耐火砖，外层是厚0.64cm、 =

3、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。1-8 有一厚度为 = 400mm的衡宇外墙，热导率为 = (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，和外墙之间对流传热的表面传热系数为h2 = 6W/(m2 K)。若是不考虑热辐射，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。1-9

4、 一双层玻璃窗，宽1.1m、高1.2m、厚3mm，导热系数为(m K)；中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为10-2 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，并与单层玻璃窗相较较。假定在两种情形下室内、外空气温度及表面传热系数相同。第2章导热大体定律及稳态热传导习题 2-1 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。2-2 金属实心长棒通电加热，单位长度的热功率等

5、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。2-3 试用傅里叶定律直接积分的方式，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散布。2-4 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 = (mK)，试求通过砖墙的散热量？2-5 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 = (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

6、温度tw2 = 137。（1）试求每平方米炉壁通过的热流量；（2）假设每平方米壁面有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。2-6 平壁表面温度tw1 = 450，采纳石棉作为保温层材料， = + ，保温层外表面温度为tw2 = 50，假设要求热损失不超过340W/m2，问保温层的厚度应为多少？ 2-7 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。由于安装制造不行，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别离按t1、t2查取。试计

7、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能够忽略不计。（ = ，d = 120mm ) 2-8 一铝板将热水和冷水隔开，铝板双侧面的温度别离维持 90和 70不变，板厚 10mm，并能够为是无穷大平壁。0时铝板的导热系数 = W/(mK)，100时 = 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，板双侧的温度为50和30时，热流密度是不是有转变？2-9 厚度为20mm的平面墙的导热系数为 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 W/(mK)的保温材料。当复合壁的内、外壁温度别离为1300和50

8、时，试确信保温层的厚度。2-10、某大平壁厚为25mm，面积为0.1m2，一侧面温度维持38，另一侧面维持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转变的线性函数关系式？2-11 参看图2-33，一钢筋混凝土空斗墙，钢筋混凝土的导热系数 =(mK)，空气层的当量导热系数 = (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 2-12 蒸汽管道的内、外直径别离为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 = (mK)；第二层3 = 40mm、导热系数3

9、 = (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)单位长蒸汽管的热损失；(3)各层之间的接触面温度tw2和tw3。2-13 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，假设采纳 = (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，蒸汽管许诺的热损失ql =m。问保温材料层厚度应为多少？2-14 一根直径为3mm 的铜导线，每米长的电阻为10-3。导线外包有厚 1mm 、导热系数(mK)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65，最低温度0，试确信这

10、种条件下导线中许诺通过的最大电流。2-15 用球壁导热仪测定型砂的导热系数。两同心空心球壳直径别离为d1 = 75mm，d2 = 150mm，两球壳间紧实地充填了型砂。稳态时，测得内、外表面温度别离为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。2-16 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 = (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。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发

11、的测温误差。2-17 同上题，假设改用不锈钢套管，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？2-18 截面为矩形的冷空气通道，外形尺寸为32.2m2，通道墙厚度均为0.3m，已知墙体的导热系数 = (mK)，内、外墙表面温度均匀，别离为0和30，试求每米长冷空气通道的冷量损失。2-19 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，杆的一端维持恒定的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。2-2

12、0 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 = (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 %，试确信套管应有的长度。2-21 用一柱体模拟燃汽轮机叶片的散热进程。柱长9cm、周界为7.6cm、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，假设表面上遍地的表面传热系数是均匀为28 W/(m2K)，柱体导热系数 = 55 W/(mK)，肋端绝热。试求： （1）计算该柱体中间截面

13、上的平均温度及柱体中的最高温度；（2）冷却介质所带走的热量。2-22 两块厚5mm的铝板，粗糙度都是m，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3-1 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别离为58W/(m2K)和126W/(m2K)，计算热电偶在这两种情形的时刻常数。3-2 热电偶的热结点近似以为是直径为0.5mm的球形，热电偶材料的 = 8930kg/m3，c = 400J/(kgK)。热电偶的

14、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%时所需的时刻为多少？这时热电偶的指示温度为多少？3-3 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 = kgK， =386W/(mK)，试求紫铜棒与气体之间的表面传热系数。3-4 有两块一样材料的平壁A和B，已知A的厚度为B的两倍，两平壁从同一高温炉中掏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以为是无穷大。已知B平壁

15、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达到一样的温度需要多少时刻？3-5 内热阻相关于外热阻很小（Bi ）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，表面传热系数不明白，只明白1时刻物体的温度为t1。试求该物体温度随时刻的转变关系。3-6 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 = (mK)，a = 10-6m2/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？3-7 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为10 W/(m2K)，水

16、泥杆的导热系数 = (mK)，a = 710-7m2/s。当周围空气温度突然下降到-4时，试问8小时后杆中心的温度为多少？3-8 一块360mm240mm100mm的肉，初始温度为30，将其放入-5冰箱中冷藏，冰箱中的相当表面传热系数h = 25W/(m2K)，假设已知肉的 = (mK)，a = 10-7m2/s，问肉中心的温度达到5需要多少时刻？3-9 一直径为150mm的混凝土圆柱，长为300mm，初始温度25，已知混凝土的 = (mK)，a = 710-7m2/s， 假设把圆柱放在0的大气环境中冷却，圆柱表面的表面传热系数h = 15W/(m2K)，试计算中心温度冷却到5需要多少时刻。3

17、-10 一初始温度为25的正方形人造木块被置于425的环境中，设木块的6个表面都可受到加热，表面传热系数 h = W/(m2K)，通过4小时50分24秒后，木块局部地域开始着火。试推算此种材料的着火温度。已知木块的边长0.1m，材料是各向同性的， = (mK)， = 810kg /m3，c = 2550J/(kgK)。第4章 稳态热传导问题的数值解法习 题4-1 试证绝热边界面上节点(i, j)的温度离散方程为4-2 试证对流传热边界条件，即已知h和tf时，两壁面垂直相交外拐角点的离散方程为4-3 一尺寸为240400 mm2的薄矩形板，已知各边界表面的条件为：左侧边界面为绝热；右边边界面为第

18、三类边界条件：h = 40W/(m2K)，tf = 25；上侧面边界为第一类边界条件，已知温度为200；下侧面边界为第二类边界条件，已知热流密度q = 1500 W/m2。已知薄板材料的导热系数 = 45W/(mK)，按x = y = 80mm的步长划分网格，试计算该薄矩形板中的稳态温度散布。4-4 如图4-7所示的二维物体的导热系数为10W/(mK)，上表面温度为500，左表面温度为100，右表面和下表面与气体接触，tf = 100，h = 10W/(m2K)，试求节点1至9的温度。4-5 烟道墙采纳导热系数 = (mK)的材料砌成，如图4-8所示。墙内、外壁面温度别离为650、150，试用

19、差分法计算墙体的温度散布。 第5章习题5-1 温度为50，压力为105Pa的空气，平行掠过一块表面温度为100的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为0.2m，宽度为0.1m。按平板长度计算的Re数为4104。试确信平板表面与空气间的表面传热系数和传热量。5-2 压力为105Pa、温度为30的空气以45m/s的速度掠太长为0.6m、壁温为250的平板，试计算单位宽度的平板传给空气的总热量。5-3 温度为27的空气流太长1m的平板，风速为10m/s，画出局部表面传热系数沿板长的转变曲线，并求出全板的平均表面传热系数。5-4 压力为大气压的20的空气，纵向流过一块长320mm、温度为40

20、的平板，流速为10m/s。求离平板前缘50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、320mm处的流动边界层和热边界层的厚度。5-5 题4中如平板的宽度为1m，求平板与空气的换热量。5-6 关于流体外掠平板的流动，试利用数量级分析的方式，从动量方程引出边界层厚度的如下转变关系式：。5-7 关于油、空气及液态金属，别离有、。试就外掠等温平板的层流边界层流动，画出三种流体边界层中速度散布与温度散布的大致图像（要能显示出与t的相对大小）。5-8. 温度为80的平板置于来流温度为20的气流中，假设平板表面上某点在垂直于壁面方向的温度梯度为40/mm，试确信该处的热流密度。5-9

21、 取外掠平板边界层的流动由层流转变成湍流的临界雷诺数（Rec）为5105，试计算25的空气、水及14号润滑油达到Rec数时所需的平板长度，取u = 1m/s。5-10 试通过对外掠平板的边界层动量方程式沿y方向作积分（从y = 0到y ）（如图5-9所示），导出以下边界层的动量积分方程。提示：在边界层外边界上v 0。5-11 在一摩托车引擎的壳体上有一条高2cm、长12cm的散热片（长度方向系与车身平行）。散热片的表面温度为150。若是车子在20的环境中逆风前进，车速为30km/h，而风速为2m/s，试计算现在肋片的散热量（车速与风速平行）。第6章单相对流传热的实验关联式习题6-1 试用量纲分

22、析方式证明，恒壁温情形下导出的Nu = f (Gr, Re)的关系式关于恒热流边界条件也是适合的，只是现在Gr数应概念为。6-2 关于常物性流体横向掠过管制时的对流传热，当流动方向上的排数大于10时，实验发觉，管制的平均表面传热系数h取决于以下因素：流体速度u、流体物性、cp、，几何参数d、s1、s2。试用量纲分析方式证明，现在的对流传热关系式能够整理成为Nu = f (Re, Pr, s1/d, s2/d)6-3 关于空气横掠如图6-17所示的正方形截面柱体的情形，有人通过实验测得了以下数据：u1 = 15m/s，h = 40W/(m2K)，u2 =20m/s，h = 50W/(m2K)，其

23、中h为平均表面传热系数。关于形状相似但l = 1m的柱体，试确信当空气流速为15m/s及20m/s时的平均表面传热系数。设在所讨论的情形下空气的对流传热准那么方程具有以下形式：Nu =CRenPrm四种情形下定性温度之值均相同。特点长度为l。6-4 有人曾经给出以下流体外掠正方形柱体（其一个面与来流方向垂直）的传热数据：NuRePr415000125200001174100020290000采纳Nu =CRenPrm的关系式来整理数据并取m = 1/3，试确信其中的常数C和指数n。在上述Re及Pr数的范围内，当方形柱体的截面对角线与来流方向平行时，可否用此式进行计算，什么缘故？6-5 在一台缩

24、小成为实物1/8的模型中，用20的空气来模拟实物中平均温度为200空气的加热进程。实物中空气的平均流速为6.03m/s，问模型中的流速应为多少？假设模型中的平均表面传热系数为195W/(m2K)，求相应实物中的值。在这一实验中，模型与实物中流体的Pr数并非严格相等，你以为如此的模化实验有无有效价值？6-6 为了用实验的方式确信直径d = 400mm的钢棒热导率 = 42 W/(mK)，热扩散率a = 10-5 m2/s，表面传热系数h = 116W/(m2K)放入炉内时刻 = 时的温度散布，现用几何形状相似的合金钢棒m = 16 W/(mK)，am = 10-5 m2/s，hm = 150W/

25、(m2K)在不大的炉中加热。求模型的直径dm和模型放入炉内多少时刻后测量模型中的温度散布。6-7 现用模型来研究某变压器油冷却系统的传热性能。假设大体的传热机理是圆管内强制对流传热，变压器原耗散100kW的热流量。变压器油的 = 10-3W/(mK)，Pr = 80。模型的直径为0.5cm，线性尺寸为变压器的1/20，表面积为变压器的1/400。模型和变压器中的平均温差相同，模型用乙二醇作流体，雷诺数Re = 2200。乙二醇的 = 25610-3W/(mK)，Pr = 80， = 10-5 m2/s。试确信模型中的能耗率（散热热流量）和流速。6-8 一个正方形（10mm10mm）硅芯片的一侧

26、绝缘，另一侧用u = 20m/s和T = 24的常压平行空气流冷却。在利用进程中，芯片内部的电功耗使冷却表面上具有恒定的热流密度。若是要求芯片表面上任意点的温度都不超过80，最大许诺的功率是多少？若是该芯片安装在衬底上，且上表面与衬底表面平齐，衬底组成了20mm的非加热起始段，那么最大许诺的功率是多少？6-9 一个用电的空气加热器由一组水平放置的薄金属片阵列组成，空气平行流过这些金属片的顶部，它们沿气流方向上的长度均为10mm。每块金属片的宽度均为0.2m，共有25块金属片依次排列，形成一个持续且滑腻的表面，空气以2m/s的速度流过该表面。在运行进程中每一个金属片均处于500，而空气那么处于2

27、5。（1）第一块金属片上的对流散热速度是多少？第五块呢？第十块呢？其它所有的金属块呢？（2）在空气流速别离为2m/s、5m/s及10m/s时，确信（1）中所有位置处的对流传热速度。用表或条线图的形式表示结果。（3）重复（2），但现在整个金属片阵列上的流动都是湍流。6-10 考虑20的水以2m/s的速度平行流过一块长为1m的等温平板。（1）画出对应于临界雷诺数别离为5105、3105和0（流动为完全湍流）的三种流动条件下局部表面传热系数hx沿板距的转变。（2）画出（1）中三种条件下平均表面传热系数随距离的转变。（3）（1）中三种流动条件下整个平板的平均表面传热系数别离是多少？6-11 用一根没有

28、隔热的蒸汽管道将高温蒸汽从一栋建筑输送到另一栋建筑。管道直径为0.5m，表面温度为150，并暴露于-10的环境空气。空气以5m/s的速度横向流过管道。（1）单位管长上的热损失是多少？（2）讨论用硬质聚氨酯泡沫m = W/(mK)对管道进行隔热的成效。在0mm 50mm范围内计算并画出热损失随隔热层厚度的转变。6-12 一个直径D = 10mm的长圆柱形电加热元件的热导率 = 240 W/(mK)、密度 = 2700kg/m3、比热容cp = 900J/(kgK)，将它安装在一个管道中，温度和速度别离为27和10m/s的空气横向流过该加热器。（1）忽略辐射，计算单位长度加热器的电功耗为1000W

29、/m时加热器的稳态表面温度。（2）若是加热器在初始温度为27时启动，计算表面温度达到与其稳态值相差10之内所需的时刻。6-13 用热线风速仪测定气流速度的实验中，将直径为0.1mm的电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为25，电热丝温度为55，测得电热丝功率为20W/m。假定除对流外其它热损失可忽略不计。试确信现在的来流速度。6-14 两个标准大气压、温度为200的空气，以u = 10m/s的流速流入内径d = 2.54cm的管内被加热。壁温比空气温度高20。假设管长为3m，试求通过管子的换热量和空气出口温度。6-15 在一个预热器中通过在管制内冷凝100的蒸汽来加热入口压力和温度别离为1atm

30、和25的空气。空气以5m/s的速度横向流过管制，每根管子均为1m长、外径为10mm。管制由196根管子组成正方形顺排阵列，有S1 = S2 =15mm。对空气的总的传热系数是多少？6-16 如图6-18所示，一股冷空气横向吹过一组圆形截面的直肋。已知：最小截面处的空气流速为3.8m/s，气流温度tf =35；肋片的平均表面温度为65，导热系数为98W/(mK)，肋根温度维持定值；S1/d = S2/d = 2，d = 10mm。为有效地利用金属，规定肋片的mH值不该大于，试计算现在肋片应多高？在流动方向上的排数大于10。6-17 某锅炉厂生产的220 t/h高压锅炉，其低温段空气预热器的设计参

31、数为：叉排布置，S1=76mm，S2 = 44mm，管子为40mm 1.5mm，平均温度为150的空气横向冲刷管束，流动方向的总排数为44。在管排中心线截面上的空气流速（即最小截面上的流速）为6. 03m/s。试确信管束与空气间的平均表面传热系数。管壁平均温度为185。6-18 油冷却器中的顺排管制由外径为2cm的管子组成。水横掠管制，在水流方向上管排数为10，管制的S1/do = S2/do= 。高温油在管内流动，管子外表面温度为50，冷却水温度为30，管间最窄处的质流密度为4kg/(m2s)。试求管外的对流表面传热系数。6-19 90的水蒸气在叉排管制的管内凝结，横掠管制的空气从15被加热到45。管子外径为12mm，管制纵向间距S2 = 18mm，横向间距S1 = 36mm。横掠管制前空气的质流密度为1