14级传热学习题汇总(小修改)(修复的)

11-1一大平板，高3m、宽2m、厚0.02m，导热系数为45W/(m·K)，两侧表面温度分别为t1=100℃、t2=50℃，试求该平板的热阻、热流量、热流密度。李庆宇解：由傅里叶导热定律有：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分别为11m和8m，厚为0.2m。在冬季，上下表面的标称温度分别为17℃和10℃。如果混凝土的热导率为1.4W/(m·K)，通过地面的热损失率是多少？如果采用效率为ηf=0.90的燃气炉对地下室供暖，且天然气的价格为Cg=$0.01/MJ，每天由热损失造成的费用是多少？钟超解：热损失率/0.2费用Y$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=70W/(m2·K)，热流密度为q=5000W/m2，试求管壁温度及热流量。曾广成解：由牛顿冷却公式得管壁温度为：热流量为：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=1135.59W/(m2·K)，换热器表面温度可认为是常数，为65.6℃，空气温度为18.3℃。若要求的加热功率为8790W，试求所需换热器的换热面积。张德金解：根据对流换热公式tAhQ**，其中表面传热系数h=1135.59W/(m2·K)，Ct3.473.186.65，W8790Q，则2164.0mA。21-5一电炉丝，温度为847℃，长1.5m，直径为2mm，表面发射率为0.95。试计算电炉丝的辐射功率。刘伟强解：实际物体的辐射力可以表示为：E=εσT4=εC0（T/100）4，其中ε表示实际物体表面发射率，C0：黑体辐射系数，T：物体热力学温度；电炉丝表面辐射面积S:S=2πr2+πdL辐射功率P=ES代入相关数据得到P=799.3543w/s1-6夏天，停放的汽车其表面的温度通常平均达40～50℃。设为45℃，表面发射率为0.90，求车子顶面单位面积发射的辐射功率。袁丰波解：由题意得bEE2484/8.5219.0)27345(1067.5mWTEEb1-7某锅炉炉墙，内层是厚7.5cm、λ=1.10W/(m·K)的耐火砖，外层是厚0.64cm、λ=39W/(m·K)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[λ=39W/(m·K)]。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68W/(m2·K)，求炉墙的总热阻和热流密度。蒋翼解：由题知：炉墙内表面温度K9201wt户外空气温度K3002wt以单位面积炉墙为研究对象，18个螺栓的总表面积：23222m101.5)109.1(41184118'dA除去螺栓后的内外层炉墙的表面积：23m9949.0101.51'1''AA18个螺栓的热阻：W/K38.0101.53900064.0075.0''321AR除去螺栓后的内外层炉墙的热阻：W/K0685.09949.03900064.09949.01.1075.0''''''2211AAR此时两个热阻为并联，所以总热阻：W/K058.00685.038.00685.038.0''''''RRRRR总3故热流量为W7.10689058.030092021总Rttww所以，热流密度为2m/W7.10689qA1-8有一厚度为δ=400mm的房屋外墙，热导率为λ=0.5W/(m·K)。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=4W/(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)。如果不考虑热辐射，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。肖龙解：墙壁传热系数：12110.82111(/)kRhh单位面积传热量:)/(66.24)]10(20[82.02mwtkq由：)()(,,2,,1outsidewoutairinnerwroomairtthtthq可得：9.5~~/2,,hqttoutairoutsidew℃,t13.8winner℃。1-9一双层玻璃窗，宽1.1m、高1.2m、厚3mm，导热系数为1.05W/(m·K)；中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为2.60×10-2W/(m·K)。室内空气温度为25℃，表面传热系数为20W/(m2·K)；室外温度为－10℃，表面传热系数为15W/(m2·K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。（李作东）解：双层玻璃窗时，由给定条件可知，这是一个稳态热传过程，室内空气与内层玻璃窗外壁面之间的对流传热：1f1w1hAtt；内层玻璃窗壁的导热：1w1w21/Att；中间空气层的导热：2w2w32/Att；外层玻璃窗壁的导热：1w3w41/Att；外层玻璃窗外壁面与室外空气件的对流传热：2w4f21/hAtt；式中：2221112222212h=20/(),1.11.2,25/(),0.00,1.052.6010/3,,0.005,·151/(),0ffWmKWmKAmtWmKmmhWmKt℃－℃热阻121121211222110.2384/khhRRRRRRKWAhAAAh，4所以散热量f1f2146.8118kttWR单层玻璃时，热阻1112112110.095/khhRRRRKWAhAAh所以散热量f1f2386.5339kttWR比较可知，双层玻璃比单层玻璃散热量减少了许多。1-10夏天，阳光照耀在一厚为44mm的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面的热流密度为15W/m2；外表面温度为40℃，内表面温度为30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。（池宝涛）解:tq150.0440.066/(.)4030qWmKt1-11用均匀地绕在圆管外表面上的电阻带做加热元件，以进行管内流体对流传热试验，如附图所示。用功率表测得外表面加热的热流密度为3500W/m2；用热电偶测得某一截面上的空气温度为45℃，内管壁温度为80℃。设热量沿径向传递，外表面绝热良好，试计算所讨论截面上的局部表面传热系数。圆管的外径为36mm，壁厚为2mm。孔国栋解：由题意3500W/rlhRlm222（80℃-45℃）又r=R=(18-2)mm=16mm5.112hW/(m2.K)1-12半径为0.5m的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为0.8。航天器内电子元件的散热量总共为175W。假设航天器没有从宇宙空间接受到任何辐射能，试估算其外表面的平均温度。周旭解：电子元件的发热量=航天器的辐射散热量，即;4,所以得到：T==187K.T为黑体的热力学温度，K；σ为斯忒藩-玻耳兹曼常量，黑体辐射常数，自然常数，5.67×10-8W/(m2·K)；A为辐射表面积，m2；ε称为该物体的发射率。1-13有—台气体冷却器，气侧表面传热系数hl＝95W/(m2·K)，壁面厚δ＝2.5mm，λ＝46.5W/(mK)，水侧表面传热系数h2＝5800W/(m2·K)。设传热壁可以看作平壁，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，应首先从哪一个环节着手？如果气侧结了一层厚为2mm的灰，λ＝0.116W/(m·K)，水侧结了一层习题11附图5厚为1mm的水垢，λ=1.15W/(mK)，其他条件不变。试问此时的总传热系数为多少?李通解：由题意得010526.0111hR，5210376.5R，42310724.11hR，所以，总传热系数，)/(7.94111221KmWhhk应该先强化气体侧表面传热。)/(6.345800115.1001.05.460025.0116.0002.09511111223322111KmWhhK1-14附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，空腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度，其余已知条件如图示。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，平板的导热系数λ=17.5W/(mK)。试问在稳态工况下表面3的温度tw3为多少？（刘建平）解：在稳态工况下因为414223241423＝132.67℃1-15一个储存水果的房间的墙用软木板做成，厚为200mm，其中一面墙的高与宽各为3m及6m。冬天，设室内温度为2℃，室外力-10℃，室内墙壁与外境之间的表面传热系数为6W/(m2·K)，室外刮强风时的表面传热系数为60W/(m2·K)，软木的导热系数λ=0.044W/(mK)，试计算通过这面墙所散失的热量，并讨论室外风力减弱对墙散热量的影响(提示：可以取室外的表面传热系数值为原来的三分之一或四分之一来估算)。肖泽亮解：依题意可得：121045.6811110.26363660360.044NwTWWhAAhA而当室外风力减弱时，取室外的表面传热系数值为原来的三分之一，即20W/(m2·K)，则习题14附图6121045.3611110.26363620360.044NwTWWhAAhA1-16在—次测定空气横向流过单根圆管的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度tw＝69℃，空气温度tf=20℃，管子外径d＝14mm，加热段长80mm，输入加热段的功率为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为多大?张治中解：对流换热公式tAQh)(3.49498014105.8)2069(1080145.85.8266KmWhhtdlh2-1一直径为do，单位体积内热源的生成热Φ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。(郑文平)解：01drdtrdrdrtdrdrrthrtdrdrdtr220000,2;0,02-2金属实心长棒通电加热，单位长度的热功率等于Φl（单位是W/m），材料的导热系数λ，表面发射率ε、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。(黎青青)解：此导热问题的数学描述由2vtctq可得：21()lttrrrrR边界条件：00,ttconst00,|0rtrr44,()(|)(T|)rRrRfbrRsurtrRhttTr2-3试用傅里叶定律直接积分的方法，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分布。霍鹏光解：单层平壁的导热微分方程式为,边界条件为：x=0,t=;x=δ,t=;可以用直接积分法求的通解：t=x+,代入边界条件，可得：=,=－,7于是，平壁的温度分布为：t=－x,通过平壁的热流密度可由傅立叶定律得出：q=－=,可见，通过平壁的热流密度为常数，与坐标x无关。通过整个平壁的热流量为：Ф=Aq=A.对于多层平壁：根据单层平壁稳态导热的计算公式，对于n层平壁的稳态导热，热流量的计算公式应为：Ф=,其中为各层的导热率。圆筒壁内的导热为一维稳