傳熱學課后習題答案

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1、第一章1-3宇宙飛船的外遮光罩是凸出于飛船船體之外的一個光學窗口，其表面的溫度狀態(tài)直接影響到飛船的光學遙感器。船體表面各部分的表明溫度與遮光罩的表面溫度不同。試分析，飛船在太空中飛行時與遮光罩表面發(fā)生熱交換的對象可能有哪些？換熱方式是什么？解：遮光罩與船體的導(dǎo)熱遮光罩與宇宙空間的輻射換熱1-4熱電偶常用來測量氣流溫度。用熱電偶來測量管道中高溫氣流的溫度，管壁溫度小于氣流溫度，分析熱電偶節(jié)點的換熱方式。解：結(jié)點與氣流間進行對流換熱與管壁輻射換熱與電偶臂導(dǎo)熱1-6一磚墻表面積為12m2，厚度為260m

2、m，平均導(dǎo)熱系數(shù)為1.5W/(m·K)。設(shè)面向室內(nèi)的表面溫度為25℃，而外表面溫度為－5℃，確定此磚墻向外散失的熱量。1-9在一次測量空氣橫向流過單根圓管對的對流換熱試驗中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度69℃，空氣溫度20℃，管子外徑14mm，加熱段長80mm，輸入加熱段的功率為8.5W。如果全部熱量通過對流換熱傳給空氣，此時的對流換熱表面積傳熱系數(shù)為？1-17有一臺氣體冷卻器，氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)95W/(m2·K)，壁面厚2.5mm，導(dǎo)熱系數(shù)46.5W/(m·K)，水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)5800W/(m2

3、·K)。設(shè)傳熱壁可看作平壁，計算各個環(huán)節(jié)單位面積的熱阻及從氣到水的總傳熱系數(shù)。為了強化這一傳熱過程，應(yīng)從哪個環(huán)節(jié)著手。1-24對于穿過平壁的傳熱過程，分析下列情形下溫度曲線的變化趨向：(1)；(2)；(3)第二章2-1用平底鍋燒水，與水相接觸的鍋底溫度為111℃，熱流密度為42400W/m2。使用一段時間后，鍋底結(jié)了一層平均厚度為3mm的水垢。假設(shè)此時與水相接觸的水垢的表面溫度及熱流密度分別等于原來的值，計算水垢與金屬鍋底接觸面的溫度。水垢的導(dǎo)熱系數(shù)取為1W/(m·K)。解：℃2-2一冷藏室的墻由

4、鋼皮、礦渣棉及石棉板三層疊合構(gòu)成，各層的厚度依次為0.794mm、152mm及9.5mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為45W/(m·K)、0.07W/(m·K)及0.1W/(m·K)。冷藏室的有效換熱面積為37.2m2，室內(nèi)、外氣溫分別為－2℃和30℃，室內(nèi)、外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可分別按1.5W/(m2·K)及2.5W/(m2·K)計算。為維持冷藏室溫度恒定，確定冷藏室內(nèi)的冷卻排管每小時內(nèi)需帶走的熱量。解：h1tf1h2tf2twδAδB2-4一烘箱的爐門由兩種保溫材料A和B做成，且δA=2δB(見附圖)。已知

5、λA=0.1w/m?K，λB=0.06w/m?K。烘箱內(nèi)空氣溫度tf1=400℃，內(nèi)壁面的總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1=50w/m2?K。為安全起見，希望烘箱爐門的外表面溫度不得高于50℃。設(shè)可把爐門導(dǎo)熱作為一維導(dǎo)熱問題處理，試決定所需保溫材料的厚度。環(huán)境溫度tf2=25℃，外表面總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h2=9.5w/m2?K。解：按熱平衡關(guān)系，有：由此得，δB=0.0396mδA=2δB=0.0792mt1t2δ2-13在如圖所示的平板導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置中，試件厚度δ遠小于直徑d。由于安裝制造不好，試件與冷、熱表面

6、之間存在著一厚度為Δ=0.1mm的空氣隙。設(shè)熱表面溫度t1=180℃，冷表面溫度t2=30℃，空氣隙的導(dǎo)熱系數(shù)可分別按t1、t2查取。試計算空氣隙的存在給導(dǎo)熱系數(shù)的測定帶來的誤差。通過空氣隙的輻射換熱可以忽略不計。(Φ=58.2wd=120mm)解：不考慮空氣隙時側(cè)得的導(dǎo)熱系數(shù)記為λ0，則已知空氣隙的平均厚度Δ1、Δ2均為0.1mm，并設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)分別為λ1、λ2，則試件實際的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)滿足：所以即%2-14、外徑為100mm的蒸汽管道，覆蓋密度為20kg/m3超細玻璃棉氈保溫。已知蒸汽管道的外壁溫

7、度為400℃，希望保溫層外表面溫度不超過50℃，且每米長管道上散熱量小于163W，試確定所需的保溫層厚度。答：解：（6分）解得：d2＝202.3mm（2分）則保溫層厚度為（202.3-87）/2＝34.6mm（2分）2-16一根直徑為3mm的銅導(dǎo)線，每米長的電阻為。導(dǎo)線外包有厚1mm、導(dǎo)熱系數(shù)為0.15W/(m·K)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為65℃，最低溫度為0℃，確定在此條件下導(dǎo)線中允許通過的最大電流。解：2-19一直徑為30mm、壁溫為100℃的管子向溫度為20℃的環(huán)境散熱，熱損失率為1

8、00W/m。為把熱損失減小到50W/m，有兩種材料可以同時被利用。材料A的導(dǎo)熱系數(shù)為0.5w/m?K，可利用度為3.14×10-3m3/m；材料B的導(dǎo)熱系數(shù)為0.1w/m?K，可利用度為4.0×10-3m3/m。試分析如何敷設(shè)這兩種材料才能達到上要求。假設(shè)敷設(shè)這兩種材料后，外表面與環(huán)境間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與原來一樣。解：對表面的換熱系數(shù)α應(yīng)滿足下列熱平衡式：由此得α=13.27w/m2?K每米長管道上絕熱層每層的體積為。當B在內(nèi)，A在外時，B與A材料的外徑為d2、d3可分別由上式得出。