传热学_杨茉_部分习题与解答.doc

第一章: 1-1 对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？ 解：（ a ）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。 ????（ b ）热量交换的方式主要有热传导，自然对流和热辐射。 所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（ a ）布置。 ??????1-2 一炉子的炉墙厚 13cm ，总面积为 20m 2 ，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 2.09 × 10 4 kJ/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 ????????????????? ??????1-3 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度 t w = 69 ℃ ，空气温度 t f = 20 ℃ ，管子外径 d= 14mm ，加热段长 80mm ，输入加热段的功率 8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式 ????????????????????? ??????1-4宇宙空间可近似的看作 0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为 250K ，表面发射率为 0.7 ，试计算航天器单位表面上的换热量？ 解：航天器单位表面上的换热量 ??????1-5附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余已知条件如图。表面 2 是厚 δ = 0.1m 的平板的一侧面，其另一侧表面 3 被高温流体加热，平板的平均导热系数 λ =17.5w/m ? K ，试问在稳态工况下表面 3 的 t w3 温度为多少？ 解： ????表面 1 到表面 2 的辐射换热量 = 表面 2 到表面 3 的导热量 ??????????????????? ??????????????????? 第二章: 2-1一烘箱的炉门由两种保温材料 A 和 B 做成，且 δ A =2 δ B ( 见附图 ) 。已知λ A =0.1 w/m ? K ， λ B =0.06 w/m ? K 。烘箱内空气温度 t f1 = 400 ℃ ，内壁面的总表面传热系数h 1 =50 w/m 2 ? K 。为安全起见，希望烘箱炉门的外表面温度不得高于 50 ℃ 。设可把炉门导热作为一维导热问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度 t f2 = 25 ℃ ，外表面总表面 传热系数h 2 =9.5 w/m 2 ? K 。 解：按热平衡关系，有： ???? ???? 由此得， δ B = 0.0396m ?????????δ A =2 δ B = 0.0792 m ? 2-2 在如图所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度 δ远小于直径 d 。由于安装制造不好，试件与冷、热表面之间存在着一厚度为Δ = 0.1mm 的空气隙。设热表面温度 t 1 = 180 ℃ ，冷表面温度t 2 = 30 ℃ ，空气隙的导热系数可分别按t 1 、 t 2 查取。试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。通过空气隙的辐射换热可以忽略不计。 ( Φ =58.2w d= 120mm ) ? 解：不考虑空气隙时侧得的导热系数记为 λ 0 ，则 ???? 已知空气隙的平均厚度 Δ 1 、Δ 2 均为 0.1mm ，并设导热系数分别为λ 1 、λ 2 ，则试件实际的导热系数应满足： ???? 所以 ???? 即 ? ?????2-3 一根直径为 3mm 的铜导线，每米长的电阻为 2.22 × 10 -3 Ω 。导线外包有 1mm 、导热系数 0.15w/m.k 的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为 65 ℃ ，最低温度 0 ℃ ，试确定这种条件下导线中允许通过的最大电流。 解：最大允许通过电流发生在绝缘层表面温度为 65 ℃ ，最低温度 0 ℃ 的情形。此时每米导线的导热量： ? ? 最大允许通过电流满足 所以 ? ?????2-4 一直径为 30mm 、壁温为 100 ℃ 的管子向温度为 20 ℃ 的环境散热，热损失率为 100W/m 。为把热损失减小到 50W/m ，有两种材料可以同时被利用。材料 A 的导热系数为 0.5 w/m ? K ，可利用度为 3.14 × 10 -3 m 3 /m ；材料 B 的导热系数为 0.1 w/m ? K ，可利用度为 4.0 × 10 -3 m 3 /m 。试分析如何敷设这两种材料才能达到上要求。