传热学1,2,3章答案

传热学第四版（安徽工业大学专用）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202m，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2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式KWtAQ2.7513.0)50520(2004.1每天用煤dKg/9.3101009.22.7536002441-19在1-14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：00014.0])27320()27385[(1067.59.04484241＝辐射TTAP辐射对流＋＝1.657W1-21有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h＝95W/(m2.K)，壁面厚＝2.5mm，)./(5.46KmW水侧表面传热系数58002hW/(m2.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：;010526.0111hR;10376.55.460025.052R;10724.1580011423hR则21111hhK＝94.7)./(2KmW，应强化气体侧表面传热。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)./(KmW,0.07)./(KmW及0.1)./(KmW。冷藏室的有效换热面积为37.22m，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)./(2KmW及2.5)./(2KmW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332211212111hhttA＝2.371.00095.007.0152.045000794.05.215.11)2(30＝357.14W357.14×3600＝1285.6KJ2-15外径为50mm的蒸气管道外，包覆有厚为40mm平均导热系数为0.11)./(KmW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22312121/ln/ln2ddddttlZ代入数据得到WZ25.168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Wddttl33.72/ln2121211Wddttl29.358/ln2223212因为z21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)./(108.14KmW，球内液氨的温度为-195.6℃，室温为25℃，液氨的相变热为199.6kJ/kg。试估算在上述条件下液氨每天的蒸发量。解：W822.04165.0115.01)6.195(25108.14－〕〔Kgm3562.010006.199360024822.0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)./(KmW。解：根据傅利叶导热公式得dxdtxA)(因为：5.6301.400xx得23.510x301.45.60xrdxx得dxrx082.041.0代入数据积分得W13972-36q=1000W/m2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)1(0b（t为平均温度）中的0及b。解：x=0mm,x=10mm处的平均温度80260100t℃又)1(0b所以热量21ttq即6010002.080110000b（1）同理x=10mm,x=20mm处得406002.050110000b（2）联立得b=-0.009687.00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200wt℃，流体温度90ft℃，管壁及肋片与流体之间的表面传热系数为110)./(2KmW。试确定每米长肋片管（包括肋片及基管部分）的散热量。解：2521003.1;9.122/mAAmmHH查表得238W/(m.K)31.0)(2/1223AhHmmHrrmmr4.25;5.12121从图查得，88.0f肋片两面散热量为：Wtthrrfw15.372120肋片的实际散热量为：Wf7.320两肋片间基管散热量：1051;021.921snWsrtthfw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)./(KmW。蒸气与套管间的表面传热系数h=105)./(2KmW。为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的0.6％，试确定套管应有的长度。解：按题意应使,1006.01%6.000mhchhh，7.166mhch，查附录得：81.5)7.166(charcmh，mHAhUm119.075.4881.575.48109.01.491053，。2-76刚采摘下来的水果，由于其体内葡萄糖的分解而具有“呼吸”作用，结果会在其表面析出C2O,水蒸气，并在体内产生热量。设在通风的仓库中苹果以如附图所示的方式堆放，并有5℃的空气以0.6m/s的流速吹过。苹果每天的发热量为4000J/kg。苹果的密度3/840mkg，导热系数＝0.5)./(KmW；空气与苹果间的表面传热系数h=6)./(2KmW。试计算稳态下苹果表面及中心的温度。每个苹果可按直径为80mm的圆球处理。解：利用有内热源的一维球坐标方程：0122rtrrr/22rdrdtrdrd，1323crdrdtr，213rcrdrdt，2126crcrt边界条件为：tthdrdtRrrtr；，00。为满足第一边界条件，1c必须为0。代入第二条件：tcrhr226/3，即：tcrhr22/63，由此得：tRhRc6322，温度分布为：mtrRhRrt2263，由此得：当Rr时，hhRts3；当r=0时，tRhRt6320。st也可由稳态热平衡得出：tthRRs23434，由此得：thRts3，323539.388.102400036002410190.140004000mWsmJsmJdaymJ＝，℃℃℃℃℃09.5086.056304.09.3853523KmWmmWhRts，℃℃℃11.502.009.55.0604.09.3809.563520RhRt。3－4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：3－16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)/(W360/50010)/(1062.232KmmkgkkgJc＝、、。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。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)exp(0cvhA，代入数据115.1180/200,00333.03//,430,30206500RAV)/(3149)ln()/(20KmWAVch验算Bi数0333.00291.0)3/()/(RhAVhBiv,满足集总参数条件。（2）对循环水情形，同理，s56.0360/200按集总参数法时)/(2996)ln()/(20KmWAVch验算Bi数0333.00583.0)3/()/(RhAVhBiv，不满足集总参数条件改用漠渃图此时727.0222RcRFo683.06304300m，查图得kmWRBihBi2/00085.41，故3－31一火箭发动机喷管，壁厚为9mm，出世温度为300C。在进行静推力试验时，温度为17500C的高温燃气送于该喷管，燃气与壁面间的表面传热系数为)/(95012KmW。喷管材料的密度3/4008mkg，导热系数为)/(6.24kmW，)/(560KkgJc。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；在上述时刻壁面中的平均温度梯度与最大温度梯度。9993.0cossin2cossinln43605.017503017501000)1(76921.07134.0211111101FohBim＝解：mCxxdxxxtmChxtxtCsFocFommxmm/65532)176921.0(cos009.017509.2931000)1(cos)cos()(11/45159)3(9.293)76921.0cos11)(17501000()cos11()2(5.150101000max01max22