传热学考试

2-19一直径为30mm，壁温为100℃的管子向温度为20℃的环境放热，热损失率为100W/m。为把热损失减少到50W/m，有两种材料可以同时被应用。材料A的导热系数为0.5，可利用度为3.14；材料B的导热系数为0.1，可利用度为4.0。试分析如何敷设这两种材料才能达到上述要求。假设敷设这两种材料后，外表面与环境间的表面传热系数与原来一样。解：根据题意有：，解得h＝13.2696按题意有：将导热系数大的放在内侧，，m解方程组得：②，2-57一摩托车汽缸用铝合金制成，外径为60㎜，高170㎜，导热系数λ=180W/(m·K)。为增强散热，汽缸外壁上敷设了等厚度的铝合金环肋10片，肋厚3㎜，肋高25㎜。设摩托车在奔驰过程中表面传热系数为50W/(㎡·K)，空气温度为28℃，汽缸外壁温度保持为220℃。试分析增加了肋片后汽缸散热量是原来的多少倍？解：'/20.060.003/20.0615mHH'420.0615*0.0031.845*10LAHmm'3/21/23/21/2450()[]0.0615[]0.5918180*1.845*10LhHA'2211/20.030.0250.003/21.8830.003rrrr查图2-20得到0.73f'2222=S（R-R）=[(0.06+0.025)-0.06]=0.01139假设在肋基温度下的散热量0()0.01139*50*192109.33Shtt假实际散热量为=109.33*0.0873=79.8109假实)./(KmWmm/1033)./(KmWmm/1033100)20100(103.0)(221httrlh32211014.3)015.0(rmr035.0132122104)(rr049.02r1.76049.026.1311.0035.0/049.0ln5.0015.0/035.0ln2010021/ln/ln2221210121hrrrrrttl3221104)015.0(rmr03871.01321221014.3)(rr049.02r72.43049.026.1315.003871.0/049.0ln1.0015.0/03871.0ln2010021/ln/ln2221210121hrrrrrttl实际十片的散热量为10=798.109共实没有添加肋片的散热量220=Dlh原（t-t）=3.14*[(0.06+0.025)-0.06]=0.01139增加了散热片后的气缸散热量为原来的倍数798.109307.62=3.594307.62共原原3－30火箭发动机的喷管在起动过程中受到的高温燃气加热，受材料的限制其局部壁温不得大于1500K.为延长运行时间在喷管内壁喷涂了一层厚10mm的陶瓷，其物性参数为，。试对此情况下喷管能承受的运行时间作一保守的估计。设内表面与高温燃气间的表面传热系数为，喷管的初始温度。解：一种保守的估计方法是假定喷管壁面是绝热的，则相当于厚为2δ1的平板，6－1、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用200C的空气来模拟实物中平均温度为2000C空气的加热过程。实物中空气的平均流速为6.03m/s，问模型中的流速应为若干？若模型中的平均表面传热系数为195W/(m2K)，求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实物中流体的Pr数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值？KT5001)/(10kmWsm/10626)/(50022KmWhKTo300,10595.1)3438.01(2575.00101.1)1(2575.00101.1)1(2575.00101.1)1(,1398.1,2992.1)3675.04022.0()5.29188.04022.0()(,)(,0/,5.21001.02500,4.0,200080023003002300150006775.15.24271.01111211020021021eeebaABibaAefAexhBicBiFFmmsaFFFeF05.1010603.61061003.61066025.001.0,6025.001.0106,6025.06879.1017.1,6879.11007.09163.0,2992.110595.1ln4.0ln,10595.14.0656226200021299202值必更小。，因而所允许的小于金属的则由于陶瓷的相同，，如果必小于下，，在相同的必大于因而此时由于件是涂层，则允许使用的条分析：如果喷管表面不aaFBmmmim0.603i0.4,1,4.000i00i6－17、已知：一台100MW的发电机采用氢气冷却，氢气初始温度为27℃，离开发电机时为88℃，氢气为。发电机效率为98.5%。氢气出发电机后进入一正方形截面的管道。求：若要在管道中维持,其截面积应为多大？解：发电机中的发热量为这些热量被氢气吸收并从27℃上升到88℃，由此可定氢的流量G：。设正方形管道的边长为L，则有，其中:。6-34、已知：可以把人看成是高1.75m、直径为0.35m的圆柱体。表面温度为31℃，一个马拉松运动员在2.5h内跑完全程（41842.8m），空气是静止的，温度为15℃。不计柱体两端面的散热，不计出汗散失的部分。求：此运动员跑完全程后的散热量。解：平均速度，定性温度℃，空气的物性为：，，按表5-5.有：用价值的。这样的模化试验是有实分相近数并不严格相等，但十型与流体的上述模化试验，虽然模得：又由：：时的物性参数为：和空气在应相等实物中的根据相似理论，模型与解：Pr)/(99.3659.293.381195))((/85.2003.6885.3406.15))((680.0Pr,/1093.3,/1085.34200703.0Pr,/1059.2,/1006.15C2020020Re212212212221122211222262121261KmWllhhNuNusmullululuKmWsmCKmWsmCClllsmkgKkgkJcp/10087.0,/24.144510ReWQ666105.110100015.0101001skgGG/727.1,105.127881024.14635210LuLGuLmuLLGuL985.11010087.0727.110,5452sm/649.436005.284.41842u2321531mt702.0Pr,/1034.15,/0261.026smKmW46104106072134.1535.0649.4Re，,在两个半小时内共散热6-50、已知：一直径为25mm的金属球壳，其内置有电热器，该球被悬吊于温度为20℃的盛水的容器中，特征长度为球的外径，定性温度为。求：为使球体表面温度维持在65℃，电加热功率为多大？解：℃6-63、已知：尺寸为的芯片水平地置于一机箱的底面上。设机箱内空气温度为℃，芯片的散热量为0.23W。设芯片周围物体不影响其自然对流运动。求：（1）当散热方式仅有自然对流时芯片的表面温度。（2）如果考虑辐射换热的作用，则对芯片表面温度有什么影响，并分析此时应该怎样确定芯片的表面温度。解：（1），设℃，，，5.2951060720266.0Re0266.0805.0805.0NuKmWh2/2235.0/0261.05.295WtAh3.67715312275.135.01416.3J610096.660959603.67736005.27.0Pr,10PrPr/469.01Pr589.02u119/416/94/1GrGrN2tttwm5.4226520tm42-61004.4,118.4Pr,/100.633,/638.0smKmW712234231086.2118.410633.0025.020651004.48.9PrPrtdgGr4.404.382122.107.432118.4/469.011086.2589.029/416/94/17NuWtthdtAhw91451031109625.120651031025.014.3322cmcm4.14.125t2/1173014.0014.0023.0qmW65mt695.0Pr,10495.19,0293.065122424*20173.110495.190293.0014.011736527318.9qlgGrc08.758.6076.1815235076.1698.010173.1076.11666.06/15rNu℃℃（2）计及辐射，温度要下降，设，则：自然对流的℃，,，，℃。与设定值80相差甚小，作为一种改进可取℃。本题中的值低于表5-13中推荐公式的适用范围，因而只是一种近似的计算。6-66、已知：一烟管内通以高温烟气（平均烟气温度为800K）以加热管外的水。烟管内径d=20mm，烟气的质量流量为0.01kg/s，烟管的壁温为340K，烟气压力为。辐射换热忽略。求：烟气与水之间单位长度上的换热量。有人提出，为了强化换热，在烟管中插入一根对角线长为20mm的正方形柱体，试定量确认这一方法是否可行。解：（1）800K时烟气，，，。2.798.141173,,/8.14014.00293.008.72hqtthqKmWlNuh2.1042.79252.79ttw80,8.0wtWWr068.00679.036.10499.04.7667.51044.18.086.7853.367.51096.18.044450,162.0068.023.0mctWWc162.0697.0Pr,/1072.18,Km0.0288W/,825014.0014.0162.026smWq41224*10454.91072.180288.0014.082532518.9cGr834.6352.6076.110599.6076.1698.010454.9076.16/146/14rNu7.5806.14825,06.14014.0/0288.0834.6th7.83257.58wt822807.83wt*GrPa510013.160.0Pr,/108.131,/0915.026smKmW14676104.432.014.301.044Re,104.4366dm5.42858.02.2154023.060.014676023.0PrRe023.03.08.03.08.0NuKmWdNuh2/5.19402.00915.05.42mWhttdlfw/56195.1943