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传热学第五版课后习题答案

传热学习题_建工版V

0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为w1t 150C =?及w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。解：根据付立叶定律热流密度为：

w2w121t t 285150q gradt=-4530375(w/m )x x 0.2λλ??--??=-=-=- ? ?-???? 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。通过整个导热面的热流量为：

q A 30375(32)182250(W)Φ=?=-??=

0-15 空气在一根内经50mm ，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m 2.k)，热流密度q=5110w/ m 2, 是确定管壁温度及热流量?。解：热流量

qA=q(dl)=5110(3.140.05 2.5) =2005.675(W)

πΦ=?? 又根据牛顿冷却公式

f hA t=h A(t

t )qA Φ=??-=

管内壁温度为：

w f q 5110t t 85155(C)h 73

=+=?

1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C ）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。解：

(1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下，

λ铜=398 W/(m ·K)，λ碳钢＝36W/(m ·K)， λ铝＝237W/(m ·K)，λ黄铜＝109W/(m ·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢

(2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m ·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m ·K) =0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m ·K); 矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m ·K) =0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m ·K);

由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0. 038W/(m ·K)。由上可知金属是良好的导热材料，而其它三种是好的保温材料。

1-5厚度δ为0.1m 的无限大平壁，其材料的导热系数λ＝100W/(m ·K)，在给定的直角坐标系中，分

别画出稳态导热时如下两种情形的温度分布并分析x 方向温度梯度的分量和热流密度数值的正或负。 (1)t|x=0=400K, t|x=δ=600K; (2) t|x=δ=600K, t|x=0=400K; 解：根据付立叶定律 t t t

q gradt i j k x

λλ?????=-=-++ ?

?????

x t q x

?=-?

无限大平壁在无内热源稳态导热时温度曲线为直线，并且 x x 02121t t t t t dt

x dx x x 0

δδ==--?===?-- x x 0

x t t q δλ

==-=- （a ）

t|x=0=400K, t|x=δ=600K 时温度分布如图2-5(1)所示根据式(a), 热流密度

x q <0，说明x 方向上的热流量流向x 的反方向。可见计算值的方向符合

热流量由高温传向低温的方向 (2) t|x=δ=600K, t|x=0=400K; 温度分布如图2-5(2)所示根据式(a), 热流密度

x q >0，

说明x 方向上的热流量流向x 的正方向。

可见计算值的方向也符合热流量由高温传向低温的方向 1-6 一厚度为50mm 的无限大平壁，其稳态温度分布为

2t=a+bx （oC ）

，式中a=200 oC, b=-2000 oC/m 。若平板导热系数为45w/(m.k),试求：（1）平壁两侧表面处的热流密度；（2）平壁中是否有内热原？为什么？如果有内热源的话，它的强度应该是多大？解：方法一

由题意知这是一个一维（t t =0y z ??=??）、稳态（t 0τ

?=?）、常物性导热问题。导热微分方程式可简化为：

2v 2

q d t

0dx λ

+= （a ）因为

2t=a+bx ，所以

图2-5(1)

图2-5(2)

2bx dx = （b ） 22

d t 2b dx = （c ）

根据式（b ）和付立叶定律

x dt

q 2bx dx

λ=-=- x-0q 0=，无热流量

2x=q 2b =-2(-2000)450.05=9000(w/m )δλδ=-???

将二阶导数代入式（a ）

23v 2

d t

q 2b 2(2000)45=180000w/m dx

λλ=-=-=-?-? 该导热体里存在内热源，其强度为431.810w /m ?。

解：方法二因为

t=a+bx

，所以是一维稳态导热问题

2bx dx

= （c ）根据付立叶定律

x dt

q 2bx dx

λ=-=- （1）x-0q 0=，无热流量

2x=q 2b =-2(-2000)450.05=9000(w/m )δλδ=-???

（2）无限大平壁一维导热时，导热体仅在边界x=0，及x= 处有热交换，由（1）的计算结果知导热体在单位时间内获取的热量为

()[]in x=0x=area area =q q A 0-(-2b )A δλδΦ-?=

in area =2b A 0λδΦ< (d)

负值表示导热体通过边界散发热量。如果是稳态导热，必须有一个内热源来平衡这部分热量来保证导热体的温度不随时间变化即实现稳态导热。内热源强度:

()

v area in

v volume volume area 2b A q 2b V V A λδλδ

Φ--Φ=

==-=-?δ

绝热放热

3v q 2(2000)45=180000w/m =-?-?

2-9 某教室的墙壁是一层厚度为240mm 的砖层和一层厚度为20mm 的灰泥构成。现在拟安装空调设备，并在内表面加一层硬泡沫塑料，使导入室内的热量比原来减少80%。已知砖的导热系数λ＝0.7W/(m ·K)，灰泥的λ＝0.58W/(m ·K)，硬泡沫塑料的λ＝0.06W/(m ·K)，试求加贴硬泡沫塑料层的厚度。

解: 未贴硬泡沫塑料时的热流密度:

112

t q R R λλ=

+Δ (1)

加硬泡沫塑料后热流密度:

122

t q R R R λλλ=

++Δ (2)

又由题意得,

12(180%)q q -= (3)

墙壁内外表面温差不变12t t =ΔΔ，将(1)、(2)代入（3）,

2320%R R R R R =

λ1λ2

λ1λλ+++)

121233121230.240.020.70.5820%0.240.02

0.70.580.06

δδλλδδδδλλλ++==

++++

3δ

=0.09056m=90.56mm

加贴硬泡沫塑料的厚度为90.56mm.

2-19 一外径为100mm ，内径为85mm 的蒸汽管道，管材的导热系数为λ＝40W/(m ·K)，其内表面温度为180℃，若采用λ＝0.053W/(m ·K)的保温材料进行保温，并要求保温层外表面温度不高于40℃，蒸汽管允许的热损失

l q =52.3 W/m 。问保温材料层厚度应为多少？

R λ 2

R λ

3R λ

w1t w2t

R λ

2R λ

w1t w2t

解：根据给出的几何尺寸得到 :

管内径1d =85mm=0.085m, 管外径,d2=0.1m, 管保温层外径3

2d d 20.12δδ=+=+

l 1tw tw q 52.31d 21

d 3ln ln 2d12d 2

-=≤?+

πλπλ

tw3=40℃时，保温层厚度最小，此时，

18040

52.310.11(0.12)

ln ln

20.08520.1

δ-≤+?+??π40π0.053

解得，

0.072δ≥m

所以保温材料的厚度为72mm.

2-24. 一铝制等截面直肋，肋高为25mm ，肋厚为3mm ，铝材的导热系数为λ＝140W/(m ·K)，周围空气与肋表面的表面传热系数为h ＝752w

/(m k)。已知肋基温度为80℃和空气温度为30℃，假定

肋端的散热可以忽略不计，试计算肋片内的温度分布和每片肋片的散热量。解一肋端的散热可以忽略不计，可用教材式（2-35）、（2-36）、(2-37)求解。

1891403-1L

75L 0.0032

m .m A 0.00L

?+?=

=≈??（）λ

(1) 肋片内的温度分布

[()]

()

ch m l x ch ml -=0

θθ

[18.9(0.025)]

(8030)

(18.90.025)

ch x ch ?-=-?

温度分布为4496[0.472518.9)]ch x =?-θ.

肋片的散热量

L 0hU A th(ml)λΦ=

075(L 0.003)2140L 0.003th(ml)

Φ=?+???? θ

7521400.003L(8030)th(18.90.025)Φ

???-?

396.9Lth(0.4725)Φ

从附录13得，th(ml)=th(0.4725)=0.44

396.90.44=174.6L(W)Φ?

单位宽度的肋片散热量

L q /L=174.6(W/m)=Φ

解二

1、如果肋片上各点的温度与肋基的温度相同，理想的导热量

00hA t=h[2(L l)]7520.025(80-30)L Φ=??=???θ

0187.5L W Φ=（）

2、从教材图2-17上查肋片效率

1/2

3/23/22h 275l 0.025=0.4988

f 1400.0030.025λ?????= ?

????

f =0.9η

3、每片肋片的散热量

0f 187.5L 0.9168.8L(W)ηΦ=Φ?=?=

单位宽度上的肋片散热量为

L q 168.8(W/m)=

2-27 一肋片厚度为3mm ，长度为16mm ，是计算等截面直肋的效率。（1）铝材料肋片，其导热系数为140W/(m ﹒K),对流换热系数h=80W/(m 2﹒K);（2）钢材料肋片，其导热系数为40W/(m ﹒K), 对流换热系数h=125W/(m 2﹒K)。解：

（1）铝材料肋片

1hU

802(10.003)

m 19.54m A 14010.003

λ-?+=

==??

ml 19.540.0160.3127==?= th(ml)=th(0.3127)0.3004=

===f th(ml )0.300496.1%ml 0.3127

（2）钢材料肋片

1hU

1252(10.003)

m 45.91m A 4010.003

λ-?+=

==??

==?=ml 45.910.0160.7344 =th(ml)=th(0.734)0.6255

===f th(ml )0.625585.2%ml 0.7344

例题3-1 一无限大平壁厚度为0.5m ，已知平壁的热物性参数 =0.815W/(m k), c=0.839kJ/(kg.k), =1500kg/m 3, 壁内温度初始时均为一致为18oC ，给定第三类边界条件：壁两侧流体温度为8 oC ，流体与壁面之间的表面传热系数h=8.15w/（m 2.K ），试求6h 后平壁中心及表面的温度。教材中以计算了第一项，忽略了后面的项。计算被忽略掉的的第二项，分析被省略掉的原因。解：

102n Fo

n n n n n n

sin (x,)x cos sin cos e ββθτβθβββδ∞-=?

?= ?+??∑

1、例3-1中以计算出平壁的Fo=0.22， Bi=2.5。因为Fo>0.2, 书中只计算了第一项，而忽略了后面的项。即

021Fo

11111sin (x,)x cos sin cos e ββθτβθβββδ-?

?≈ ?+??

2、现在保留前面二项，即忽略第二项以后的项

(x,)

I(x,6h)II(x,6h)θτθ≈+，其中

221Fo 11111sin x I(x,6h )cos sin cos e ββββββδ-?

?= ?+??

222Fo 22222sin x II(x,6h )cos sin cos e ββββββδ-?

?= ?+??

3、以下计算第二项II(x,6h )

根据Bi=2.5查表3-1，2β=3.7262，2sin 0.5519β=-；cos 3.72620.8339=-

a ）平壁中心x=0

222Fo 22222sin 0II(0m,6h )cos sin cos e ββββββδ-?

?= ?+??

223.72620.22

(0.5519)II(0m,6h ) 3.7262(0.5519)(0.8239)

e -??-=+-?- II(0m,6h)0.0124=-

从例3-1中知第一项

I (0m ,6h )0.9

=，所以忽略第二项时“和”的相对误差为：II (0m ,6h )0.0124

1.4%I (0m ,6h )II (0m ,6h )0.9+(-0.0124)

-==+

[]()0(0,6h )I(0,6h)II(0,6h)(188)0.90.01248.88C θθ=+=-?-=?

()f t(0m,6h )0m,6h t 8.88816.88(C )θ=+=+=?

虽说计算前两项后计算精度提高了，但16.88 oC 和例3-1的结果17 oC 相差很小。说明计算一项已经比较精确。

b ）平壁两侧x= =0.5m

222Fo 22222sin 0.5II(0.5m,6h )cos sin cos 0.5e ββββββ-?

?=? ?+??

223.72620.22

(0.5519)II(0.5m,6h )(0.8239)3.7262(0.5519)(0.8239)

-??-=-+-?-

II(0.5m,6h)0.01=

从例3-1中知第一项

I (0.5m,6h )0.38

=，所以忽略第二项时“和”的相对误差为：II(0.5m,6h )0.01

2.6%I(0.5m,6h )II(0.5m,6h )0.38+0.01

==+

[]()0(0.5m,6h )I(0.5m,6h)II(0.5m,6h)(188)0.380.01 3.9C

θθ=+=-?+=?

()f t(0.5m,6h )0.5m,6h t 3.9811.9(C )θ=+=+=?

虽说计算前两项后计算精度提高了，但11.9 oC 和例3-1的结果11.8 oC 相差很小。说明计算一项已经比较精确。

4-4 一无限大平壁，其厚度为0.3m ，导热系数为 k *m w 4.36=λ。平壁两侧表面均给定为第

三类边界条件，即

*m w 60h 21=，

25t f1°=；

*m w 300h 22=，

C 215t f2°=。当平壁中具有均匀内热源35v m /W 102q ×=时，试计算沿平壁厚度的稳

态温度分布。（提示：取Δx=0.06m ）

t 4t 5

t 6

t 2

t 3

t C

215t f2°=C

25t f1°=k

*m w 60h 21=k

*m w 300h 22=

方法一数值计算法

解：这是一个一维稳态导热问题。

（1）、取步长Δx=0.06m ，可以将厚度分成五等份。共用六个节点1

23456t t t t t t 将平板划

分成六个单元体（图中用阴影线标出了节点2、6所在的单元体）。用热平衡法计算每个单元的换热量，从而得到节点方程。

节点1：因为是稳态导热过程所以，从左边通过对流输入的热流量+从右边导入的热流量+单元体内热源发出的热流量=0。即

()211f11v t t x h A t t A A q 0x 2λ-???

-++??= ???

? 节点2：从左、右两侧通过导热导入的热流量+单元体内热源发出的热流量=0。

()12

32v t t t t A A A X q 0X X λλ--??+??+??=??

节点3：从左、右两侧通过导热导入的热流量+单元体内热源发出的热流量=0。

()2343

v t t t t A A A X q 0X X λλ--??+??+??=??

节点4：从左、右两侧通过导热导入的热流量+单元体内热源发出的热流量=0。

()3454

v t t t t A A A X q 0X X λλ--??+??+??=??

节点5：从左、右两侧通过导热导入的热流量+单元体内热源发出的热流量=0。

()4565

v t t t t A A A X q 0X X

λλ--??+??+??=??

节点6：从左边导入的热流量+从右边通过对流输入的热流量+单元体内热源发出的热流量=0。即

()562f26v t t x h A t t A A q 0x 2λ-???

-++??= ???

? 将 k *m w 4.36=λ、k *m w 60h 21=、C 25t f1°=、k *m w 300h 2

2=，C 215t f2°=、35v m /W 102q ×=和Δx=0.06m ，代入上述六个节点并化简得线性方程组

组1：

12t 0.91t 11.250--=；132t t 2t 19.780+-+=； 243t t 2t 19.780+-+=；354t t 2t 19.780+-+= 465t t 2t 19.780+-+=；56t 1.49t 8.410-+=

逐步代入并移相化简得：

12t 0.91t +11.25=， 23t 0.9174t +28.4679=， 34t 0.9237t +44.5667=，45t 0.9291t +59.785=， 56t 0.9338t +74.297=，66t 0.6453t +129.096=

则方程组的解为:

1t 417.1895=， 2t 446.087=，3t 455.22= 4t 444.575=，5t 414.1535=，6t 363.95=

若将方程组组1写成：

12t 0.91t +11.25

=，

()2131t t t 19.782=++，()3241

t t t 19.782

=++，

()4351t t t 19.782=++，()5461

t t t 19.782

=++，65t 0.691t 77.757=+

可用迭代法求解，结果如下表所示：迭代次数节点1 1t

节点2 2t

节点3 3t

节点4 4t

节点5 5t

节点6

0 200.000 300．000 300．000 300．000 300．000 200．000 1 284.250 260.000 310.000 310.000 260.000 278.478 2 247.85 307.125 294.89 294.89 304.129 257.417 3 290.734 310.898 308.898 309.400 286.044 281.250 4 294.167 309.706 320.039 307.361 305.215 269.142 5 293.082 316.993 318.401 322.517 298.142 281.976 6

299.714

315.635

329.645

318.162

312.137

277.244

7 298.478 324.570 326.789 330.781 307.593 286.608 8 306.609 322.524 337.566 327.081 318.585 283.567 9 304.747 331.978 334.693 337.966 315.214 290.285 10

313.350

329.61

344.862

334.844

324.016

288.667

**从迭代的情况看，各节点的温度上升较慢，不能很快得出有效的解。可见本题用迭代法求解不好。（2）、再设定步长为0.03m （Δx=0.03m ），将厚度分成十等份，共需要11个节点。和上述原理相同，得出线性方程组组2

12t 0.9529t +3.534=；()2131

t t t 4.9452=++

()3241t t t 4.9452=

++；()4351t t t 4.9452

=++ ()5461t t t 4.9452=++；()6571

t t t 4.9452=++

()7681t t t 4.9452=++；()8791

t t t 4.9452=++

()98101t t t 4.9452=++；()109111

t t t 4.9452

=++

1110t 0.8018t 44.6054=+

同理求得的解为：

1t 402.9256=，2t 419.13=，3t 430.403=，4t 436.746=，5t 438.135=，6t 434.6=，7t 426.124=；8t 412.706=，9t 394.346=；10t 371.05=，11t 342.11=

**上述划线的节点坐标对应于步长为0.06m 时的六个节点的坐标。（3）、再设定步长为0.015m （Δx=0.015m ），将厚度分成20等份，共需要21个节点。和上述原理相同，得到新的节点方程为：

12t 0.9759t +1.026=；()2131

t t t 1.23632=++

()3241t t t 1.23632=++；()4351

t t t 1.23632

=++

()5461t t t 1.23632=++；()6571

t t t 1.23632=++

()7681t t t 1.23632=++；()8791

t t t 1.23632=++

()98101t t t 1.23632=++；()109111

t t t 1.23632=++

()1110121

t t t 1.23632=++；……

()2019211

t t t 1.23632

++;2120t 0.89t 24.2053=+ 移相化简为：

12t 0.9759t +1.026=， 23t 0.9765t +2.2091= 34t 0.977t +3.3663=, 45t 0.9775t +4.499= 54t 0.978t +5.6091=， 67t 0.9785t +6.698=， 78t 0.9789t +7.767=, 89t 0.9793t +8.8173= 910t 0.9797t +9.8497=, 1011t 0.9801t +10.8654= 1112t 0.9805t +11.8656=, 1213t 0.9809t +12.8512= 1314t 0.9813t +13.8234=， 1415t 0.9816t +15.0597= 1516t 0.9819t +16.0016=， 1617t 0.9822t +16.9314= 1718t 0.9825t +17.8504=， 1819t 0.9828t +18.7529= 1920t 0.9831t +19.6512=， 2021t 0.9834t +20.8875=

212021t 0.89t +24.2053=0.89(0.9834t 20.8875)24.2053=++

求得的解为：

1t 401.6C =?， 2t 410.5C =?，3t 418.1C =?, 4t 424.5C =? 5t 429.7C =?， 6t 433.6C =?，7t 436.3C =?, 8t 437.8C =?

9t 438.0C =?, 10t 437.0C =?，11t 434.8C =?, 12t 431.4C =? 13t 426.7C =?， 14t 420.7C =?，15t 413.3C =?， 16t 404.6C =? 17t 394.7C

=?，

18t 383.5C

=?，

19t 371.2C

=?，

20t 357.6C

=?，

21t 342.4C =?

方法二：分析法（参看教材第一章第四节）

微分方程式为：2v

q d t 0dx λ+= （1）边界条件：()

11f1x 0

=-h t t dx λ=-- （2）

()2f26x dt =-h t t dx

λ=-- （3）

由（1）式积分得 v q dt

x c dx λ=-+ 再积分得 2

v q t x cx+d 2λ

=-+ （4） x 0= 时，1t d =；x 0dt

c dx ==

x δ= 时，2v 6q t c +d 2δδλ=-+；v x q dt

c dx δδ

==-

代入边界条件（2）、（3）式，并整理得

()

2f2f1v 2v 21

t t q /h +q /2c=

/h /h δδλδλλ-+++

f11

d=t h λ+

将1

2f1f2v h h t t q δλ的值分别代入式得c=619.89C/m ?、d=401.07C ?

将c 、d 、

λ、v q 值代入式（4）得

2t 2747.25x 619.89x+401.07=-+

的节点对应的坐标分别为

1x 0=m 、2x 0.06=m 、3x 0.12

=m 、

4x 0.18=、

5x 0.24=m 、6x 0.3=m 。

相应的温度分别为

1t 401.1C =?、2t 428.4C =?、3t 435.9C =?、4t 423.6C =?、 5t 391.6C =?、6t 339.8C =?

不同方法计算温度的结果比较[oC] X(m) 0 0.06 0.12 0.18 0.24 0.3 分析法 401.1 428.4 435.9 423.6 391.6 339.8 数值法 x [m]

0.06 417.2 446.1 455.2 444.6 414.2 364.0 0.03 402.9 430.4 438.1 426.1 394.3 342.1 0.015

401.6

429.7

438.0

426.7

394.7

342.2

可见：第一次步长取0.06m ，结算结果的误差大一些。步长为0.03m 时计算的结果已经相当准确。再取步长0.015m 计算，对结果的改进并不大。必须提醒大家的是数值计算是和计算机的发展密切相连的。人们不需要手工计算庞大的节点线性方程组！

第五章

5-13 由微分方程解求外掠平板，离前缘150mm 处的流动边界层及热边界层度，已知边界平均温度为60℃，速度为u ∞=0.9m/s 。解：

以干空气为例

平均温度为60℃，查附录2干空气的热物性参数 ν=18.97×10-6m2/s=1.897×10-5m2/s, Pr=0.696

离前缘150mm 处Re 数应该为

x 6

0.90.15

Re 7116.518.9710

-?===?u ν∞x

Re 小于临街Re,c(5

510?), 流动处在层流状态

=5.0Rex1/-2

5.0

5()0.15Re 7116.5

=?=??x x δ

0.00889(m)8.9mm ==δ

所以，热边界层厚度：

1/31/3t Pr 0.00890.6930.01(m)=10mm --==?=δδ

以水为例

平均温度为60℃，查附录3饱和水的热物性参数 ν=4.78×10-7m2/s Pr=2.99

离前缘150mm 处Re 数应该为

x 6

0.90.15Re 2.82427100.47810-?===??u ν∞x

Re 小于临街Re,c(

510

?), 流动处在层流状态

=5.0Rex1/-2

5.0

5()0.15Re 282427

=?=??x x δ

0.00141(m) 1.41mm ==δ

所以，热边界层厚度：

1/3

t Pr

0.00141 2.99

0.00098(m)=0.98mm

--==?=δδ

5-14 已知tf=40℃，tw=20℃，u ∞=0.8m/s ，板长450mm ，求水掠过平板时沿程x=0.1、0.2、0.3、0.45m 的局部表面传热系数，并绘制在以为纵坐标，为横坐标的图上。确定各点的平均表面传热系数。解：以边界层平均温度确定物性参数

()()m w f 11t t t 20+4030(C )22

+==?，查附表3水的物性为： 0.618W /m K λ=?，ν

=0.805×10-6m2/s ，Pr=5.42

在沿程0.45m 处的Re 数为

0.80.45Re 4.47100.80510-?=

==??x u ν

∞x

该值小于临界Rec=5×105, 可见流动还处于层流状态。那么从前沿到x 坐标处的平均对流换热系数应为

3x h 2h 0.664Re Pr ==?

??x x

0.618Re h 0.664Re 5.420.72

x x

=???=x x

x=0.1m 时

0.80.1Re 994000.80510

-?=

==?x u ν

∞x

()2Re 99400

h 0.720.722270W /m K x 0.1

===?x

局部换热系数()2x

h 1135W /m K =? x=0.2m 时

0.80.2Re 1.9875100.80510-?=

==??x u ν

∞x

()2Re 198750

h 0.720.721604.9W /m K x 0.2

===?x

()2x h 802.5W /m K =?

x=0.3m 时

0.80.3Re 2.9814100.80510-?=

==??x u ν

∞x

()2Re 298140

h 0.720.721310.4W /m K x 0.3

===?x

()2x h 655.2W /m K =?

x=0.45m 时

0.80.45Re 4.472100.80510-?=

==??x u ν

∞x

()2Re 447200

h 0.720.721070.1W /m K x 0.45

===?x

()2x h 535.1W /m K =?

20040060080010001200

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

对流换热系数随板长的变化

第六章

6-17 黄铜管式冷凝器内径12.6mm ，管内水流速1.8m/s ，壁温维持80℃，冷却水进出口温度分别为28℃和34℃，管长l/d>20，请用不同的关联式计算表面传热系数。解：常壁温边界条件，流体与壁面的平均温差为

()()()[][]()

()80288034t t t 48.94C ln t /t ln 8028/8034---'''

?-??===?'''??--冷却水的平均温

度为()f

w t t t =80-48.94=31.06C =-??

由附录3查物性，水在tf 及tw 下的物性参数为：

tf=31℃时, λf ＝0.6207 W/(m ·K), νf=7.904×10-7m2/s, Prf=5.31, μf=7.8668×10-4N s/m2

tw=80℃时, μw=3.551×10-4N s/m2。所以

-7

f 0.0126 1.8Re 28700100007.90410

??===>?m f d u v 水在管内的流动为紊流。

用Dittus-Boelter 公式，液体被加热

0.80.4f Nu 0.023Re Pr =

0.80.4f Nu 0.02328700 5.31.=??=1652

()20.6207

165.28138.1W /m K 0.0126

==?=?f

f h Nu d λ

用Siede-Tate 公式

0.14

f 0.8

1/3

f w Nu 0.027Re

μμ??= ???

0.14

0.8

1/3

f 7.8668Nu 0.02728700

5.31

1943.551??

=??= ???

()20.6207

1949554.7W /m K 0.0126

==?=?f

f h Nu d λ

6-21 管式实验台，管内径0.016m ，长为2.5m ，为不锈钢管，通以直流电加热管内水流，电压为5V ，

电流为911.1A ，进口水温为47℃，水流速0.5m/s ，试求它的表面传热系数及换热温度差。（管子外绝热保温，可不考虑热损失）

解：查附录3，进口处47℃水的密度为

3989.22kg/m ρ'=

质量流量为2f

m m =V=u r ρρπ''

2f m =989.330.5 3.140.0080.0994kg/s ???=

不考虑热损失，电能全部转化为热能被水吸收

f p f f UI m c (t t )'''=-

f f p p

UI 5911.1

t t 47mc 0.0994c ?'''=+=+

水的p c 随温度变化不大，近似取50℃时的值4.174kJ/kg.K 计算

f f 3

p UI 5911.1

t t 4758C mc 0.0994 4.17410

?'''=+

=+=???

常热流边界，水的平均温度

()'''4758

52.5C 22

++===?f f f t t t

查附录3饱和水物性表得：

6220.53710/,65.110/()--=?=??f f v m s W m K λ

3f 4.175/(),Pr 3.40,986.9/=?==p C KJ Kg K Kg m ρ

m f 6

f 0.50.016Re 1.4898100.53710-?===??u d v

采用迪图斯-贝尔特公式

0.80.4f Nu 0.023Re Pr =

40.80.4f Nu 0.023(1.489810) 3.481.81=?=

21f 0.651

81.813328.6/()0.016

==?=?h Nu W m K d λ

壁面常热流时，管壁温度和水的温度都随管长发生变化，平均温差

f UI t t hA h dl

Φ?=-==

t π

()5911.1

10.9C 3328.63.140.016 2.5

??=

=????t

6-35 水横向掠过5排叉排管束，管束中最窄截面处流速u=4.87m/s ，平均温度tf=20.2℃，壁温

tw=25.2℃，管间距

s s 1.25d d

==， d = 19 mm, 求水的表面传热系数。解：由表6-3得知叉排5排时管排修正系数 z=0.92 查附录3 得知，tf = 20.2℃时，水的物性参数如下：

λf ＝ 0.599W/(m ·K), νf =1.006×10-6m2/s, Prf =7.02, 而tw=25.2℃时, Prw=6.22。所以

-7

f 4.870.019Re 91978<21010.0610??===??m f u d v

查表6-2（管束平均表面传热系数准则关联式）得：

0.25

0.2

f 0.36

1f f

z w 2Pr s Nu 0.35Re Pr s ε??

= ? ???

()

0.25

0.2

0.36f 7.02Nu 0.3591978 1.250.92=21.256.22??=?? ???

()2

f f Nu 21.250.599h 669.4W /m K 0.019

????===???d λ

例6-6 空气横掠叉排管束，管外经d = 25mm, 管长l = 1.5m ，每排有20根管子，共有5排，管间距为S1 =50mm 、管排距为S2 = 37mm 。已知管壁温度为tw=110℃，空气进口温度为f

t 15C '=?，

求空气与壁面间的对流换热系数。

解：对流换热的结果是使空气得到热量温度升高，对流换热系数一定时出口温度就被确定了。目前不知空气的出口温度，可以采用假设试算的方法。先假定出口温度为25℃，则流体的平均温度

f 1525t =20C 2

+=?

查物性参数

6p =0.0259W/(m K);15.0610;c 1005J/(kg K)λν-?=?=?

空气的最大体积流量为

()

f 33max 00T 273+25

V =V 50005457m /h 1.516m /s T 273

?=?==

空气在最小流通截面积

()()2min 1F s d lN (0.050.025) 1.520=0.75m =-=-??

处达到最大速度

max min V 1.516

u 2.02m /s F 0.75

''===

max f 6

u d

2.020.025Re 335315.0610

-?=

==?

表6-3 z = 5排时，修正系数 z 0.92ε=

又 12S 50 1.332S 37.5==< 表6-2

0.2

0.61f f

z 2S Nu 0.31Re

S ε??

= ???

0.60.2f Nu 0.313353 1.330.92=39.37=???

对流换热系数

()

f 2

Nu 39.370.0259h=40.79W /m K d 0.025

???==??? 这样大的对流换热系数应该是空气出口温度达到1f t ''

传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]

第一章思考题 1．试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。 2．以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： )(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3．导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7．什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A 与B ，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A 杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。第二章思考题 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。答：傅立叶定律的一般形式为：n x t gradt q ??-=λλ＝－，其中：gradt 为空间某点的温度梯度；n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；q 为该处的热流密度矢量。

工程热力学(第五版_)课后习题答案

工程热力学(第五版_)课后习题答案本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March

2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。解：（1）2N 的气体常数 28 83140==M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝kg m /3 v 1= ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ kPa 。解：热力系：储气罐。应用理想气体状态方程。压送前储气罐中CO 2的质量 1 111RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2222RT v p m = 根据题意容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4）压入的CO 2的质量

)1122(21T p T p R v m m m -= -= （5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m= 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝ 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积 m 3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到设充气过程中气罐内温度不变。解：热力系：储气罐。使用理想气体状态方程。第一种解法：首先求终态时需要充入的空气质量 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 ==m m t 2 第二种解法将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。根据等温状态方程 const pv = 、 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?==P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 2－8 在一直径为400mm 的活塞上置有质量为3000kg 的物体，气缸中空气的温度为18℃

传热学课后习题

第一章 1-3 宇宙飞船的外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表明温度与遮光罩的表面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热方式是什么？解：遮光罩与船体的导热遮光罩与宇宙空间的辐射换热 1-4 热电偶常用来测量气流温度。用热电偶来测量管道中高温气流的温度，管壁温度小于气流温度，分析热电偶节点的换热方式。解：结点与气流间进行对流换热与管壁辐射换热与电偶臂导热 1-6 一砖墙表面积为12m 2，厚度为260mm ，平均导热系数为1.5 W/(m ·K)。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为－5℃，确定此砖墙向外散失的热量。 1-9 在一次测量空气横向流过单根圆管对的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度69℃，空气温度20℃，管子外径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，此时的对流换热表面积传热系数为？ 1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数95 W/(m 2·K)，壁面厚2.5mm ，导热系数46.5 W/(m ·K)，水侧表面传热系数5800 W/(m 2·K)。设传热壁可看作平壁，计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。为了强化这一传热过程，应从哪个环节着手。 1-24 对于穿过平壁的传热过程，分析下列情形下温度曲线的变化趋向：(1)0→λδ；(2)∞→1h ；(3) ∞→2h 第二章 2-1 用平底锅烧水，与水相接触的锅底温度为111℃，热流密度为42400W/m 2。使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为3mm 的水垢。假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值，计算水垢与金属锅底接触面的温度。水垢的导热系数取为1 W/(m ·K)。解： δλt q ?= 2 .2381103424001113 12=??+=?+=-λδ q t t ℃ 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 W/(m ·K)、0.07 W/(m ·K)及0.1 W/(m ·K)。冷藏室的有效换热面积为37.2m 2，室内、外气温分别为－2℃和30℃，室内、外壁面的表面传热系数可分别按1.5 W/(m 2·K)及2.5 W/(m 2·K)计算。为维持冷藏室温度恒定，确定冷藏室内的冷却排管每小时内需带走的热量。解：()2 3 233221116.95.21101.05.907.015245794.05.1123011m W h h t R t q =+ ???? ??+++--=++++?=?= -λδλδλδ总 W A q 12.3572.376.9=?=?=Φ 2-4一烘箱的炉门由两种保温材料A 和B 做成，且δA =2δB (见附图) 。 h 1 t f1 h 2 t f2 t w δA δ B

传热学课后题答案整理

3－15 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为5000C ，)/(210 K m W ?=λ，3/7200m kg =ρ，)/(420K kg J c ?=，初始温度为250C 。问当它突然受到6500C 烟气加热后，为在1min 内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的表面换热系数为 )/(122 K m W ?。解：采用集总参数法得： ) exp(0 τρθθcv hA -=，要使元件报警则C 0500≥τ ) exp(65025650500τρcv hA -=--，代入数据得D ＝0.669mm 验证Bi 数： 05.0100095.04) /(3

传热学第五版课后习题答案

传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为 w1t 150C =?及 w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。解：根据付立叶定律热流密度为： 2w2w121t t 285150q gradt=-4530375(w/m )x x 0.2λλ??--?? =-=-=- ? ?-???? 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。通过整个导热面的热流量为： q A 30375(32)182250(W) Φ=?=-??= 0-15 空气在一根内经50mm ，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m2.k)，热流密度q=5110w/ m2, 是确定管壁温度及热流量?。解：热流量 qA=q(dl)=5110(3.140.05 2.5) =2005.675(W) πΦ=?? 又根据牛顿冷却公式 w f hA t=h A(t t )qA Φ=??-= 管内壁温度为： w f q 5110t t 85155(C)h 73 =+ =+=?

1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ 铝＝237W/(m·K)，λ 黄铜＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ 铜>λ 铝 >λ 黄铜 >λ 钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m·K) =0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m·K); 矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m·K) =0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m·K); 由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0.

传热学第五版课后习题答案(1)

传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚，导热系数为45W/, 两侧表面温度分别为 w1t 150C =?及w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。解：根据付立叶定律热流密度为： 2 w2w121t t 285150q gradt=-4530375(w/m )x x 0.2λλ??--??=-=-=- ? ?-???? 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。通过整个导热面的热流量为： q A 30375(32)182250(W)Φ=?=-??= 0-15 空气在一根内经50mm ，长米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m 2.k)，热流密度q=5110w/ m 2, 是确定管壁温度及热流量?。解：热流量 qA=q(dl)=5110(3.140.05 2.5) =2005.675(W) πΦ=?? 又根据牛顿冷却公式 w f hA t=h A(t t )qA Φ=??-= 管内壁温度为：

w f q5110 t t85155(C) h73 =+=+=? 1-1．按20℃时，铜、碳钢（%C）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ铝＝237W/(m·K)，λ黄铜＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=+ W/(m·K) =+×20= W/(m·K); 矿渣棉: λ=+ W/(m·K) =+×20= W/(m·K);

工程热力学和传热学课后答案

第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题 1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错 2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度? 3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为ＭＰａ，而当地大气压力为，当航行至另一海域，其真空度变化为，而当地大气压力变化为。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化? 4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。（2）绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。图 1-1 5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。（1）在大气压力为时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。耗散效应（2）在大气压力为时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。有限温差热传递 6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为 360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmHg。试求: （1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3）圆筒顶面所受的作用力。

传热学第五版完整版答案

1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到： a 、地面向冰雹导热所得热量； b 、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量； c 、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。 2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。 4.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。答：暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体；暖气片外壁辐射墙壁辐射人体电热暖气片：电加热后的油对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体红外电热器：红外电热元件辐射人体；红外电热元件辐射墙壁辐射人体电热暖机：电加热器对流换热和辐射加热风对流换热和辐射人体冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射人体太阳照射：阳光辐射人体 5．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸

腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热 5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。挂上窗帘布后，辐射减弱，所以感觉暖和。 6.“热对流”和“对流换热”是否同一现象？试以实例说明。对流换热是否为基本传热方式？答：热对流和对流换热不是同一现象。流体与固体壁直接接触时的换热过程为对流换热，两种温度不同的流体相混合的换热过程为热对流，对流换热不是基本传热方式，因为其中既有热对流，亦有导热过程。 9.一般保温瓶胆为真空玻璃夹层，夹层内两侧镀银，为什么它能较长时间地保持热水的温度？并分析热水的热量是如何通过胆壁传到外界

工程热力学第四版课后思考题答案

1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。 2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。 3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。 4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式 p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b ) 中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。当地大气压 p b 不一定是环境大气压。 5．温度计测温的基本原理是什么？ 6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。 7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。 8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。 9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。 4题图 9题图

传热学第五版课后习题答案

如对你有帮助，请购买下载打赏，谢谢！传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为w1t 150C =?及w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。解：根据付立叶定律热流密度为：负号表示传热方向与x 轴的方向相反。通过整个导热面的热流量为： 0-15 空气在一根内经50mm ，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m2.k)，热流密度q=5110w/ m2, 是确定管壁温度及热流量?。解：热流量又根据牛顿冷却公式管内壁温度为： 1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C ）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ铝＝237W/(m·K)，λ黄铜＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m·K) =0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m·K); 矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m·K) =0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m·K); 由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0. 038W/(m·K)。由上可知金属是良好的导热材料，而其它三种是好的保温材料。 1-5厚度δ为0.1m 的无限大平壁，其材料的导热系数λ＝100W/(m·K)，在给定的直角坐标系中，分别画出稳态导热时如下两种情形的温度分布并分析x 方向温度梯度的分量和热流密度数值的正或负。 (1)t|x=0=400K, t|x=δ=600K; (2) t|x=δ=600K, t|x=0=400K; 解：根据付立叶定律无限大平壁在无内热源稳态导热时温度曲线为直线，并且 x x 02121t t t t t dt x dx x x 0 δ δ==--?===?-- x x 0x t t q δλ δ==-=- （a ） (1) t|x=0=400K, t|x=δ=600K 时温度分布如图2-5(1)所示图2-5(1)

工程传热学课后题答案word资料17页

第一章作业 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。 1-7一炉子的炉墙厚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2.09×104kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式每天用煤 1-9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 1-14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 2484241/155)250(1067.57.0)(m w T T Q =???=-=-εσ 1-27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的导热量第二章作业 2-4一烘箱的炉门由两种保温材料A 和B 做成，且δA =2δB (见附图)。已知λA =0.1 w/m ?K ，λB =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，δB =0.0396m δA =2δB =0.0792 m t w3 ε=1.0 t w2=127℃ t w1=27℃ δ h 1 t f1 h 2 t f2 t δA δ B

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读书破万卷下笔如有神 3－15 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作??210K)W/(m?0，C，用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为 5003?m/7200kg?c?420J/(kg?K)00C650烟气加热，初始温度为25C，。问当它突然受到后，为在1min内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的表面换热系212W/(m?K)。数为解：采用集总参数法得： ?hA?)exp(????cv0?C500?，要使元件报警则0500?650hA?)exp(?? ?cv?65025，代入数据得D＝0.669mm 验证Bi数： h(V/A)hD?3?0.Bi?050.0095??10???4，故可采用集总参数法。 01 。在进行静推力试验时，温度为30C－31 一火箭发动机喷管，壁厚为9mm，出世温度为 32)Km?1950W/(0的高温燃气送于该喷管，燃气与壁面间的表面传热系数为750C。喷管材 3??m/?8400kg)?KJ/(kgk/(m?)c?560?24.6W。假设喷料的密度，，导热系数为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：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；1（）在所允许的时间的终了时刻，壁面中的最大温差；2）（在上述时刻壁面中的平均温度梯度与最大温度梯度。3）（?h?0.解：Bi?7134??＝0.?769211?1000?1750???(1)0.43605 ?30?1750m??????cossin??111?ln?? ???cossin2??110?0.9993Fo?2??1．下笔如有神读书破万卷22???c??Fo?Fo?15.5s ??1??????)1?????(2)?(????mmaxm?cos110C.9)?2931?(1000?1750)(? cos0.76921?t?th0?C/(3)59451m???????xmax?x??x??1xt1??? ?????m))cos(dx??(x? 001????x??x0?1000?293.9?17500?m C/655m?1)?32(cos?1)??(cos0.?76921 1?0.009无限长圆管 0C的空气来模拟实物中平均温度为的模型中，用20－1、在一台缩小成为实物1/860C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2002K)，求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实模型中的平均表面传热系数为195W/(m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？

传热学第四版课后题答案第九章

第九章思考题 1、试述角系数的定义。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在什么前提下得出的? 答：表面1发出的辐射能落到表面2上的份额称为表面]对表面2的角系数。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在物体表面性质及表面湿度均匀、物体辐射服从兰贝特定律的前提下得出的。 2、角系数有哪些特性?这些特性的物理背景是什么? 答：角系数有相对性、完整性和可加性。相对性是在两物体处于热平衡时，净辐射换热量为零的条件下导得的；完整性反映了一个由几个表面组成的封闭系统中。任一表面所发生的辐射能必全部落到封闭系统的各个表面上；可加性是说明从表面1发出而落到表面2上的总能量等于落到表面2上各部份的辐射能之和。 3、为什么计算—个表面与外界之间的净辐射换热量时要采用封闭腔的模型? 答：因为任一表面与外界的辐射换热包括了该表面向空间各个方向发出的辐射能和从各个方向投入到该表面上的辐射能。 4、实际表面系统与黑体系统相比，辐射换热计算增加了哪些复杂性? 答：实际表面系统的辐射换热存在表面间的多次重复反射和吸收，光谱辐射力不服从普朗克定律，光谱吸收比与波长有关，辐射能在空间的分布不服从兰贝特定律，这都给辐射换热计算带来了复杂性。 5、什么是一个表面的自身辆射、投入辐射及有效辐射?有效辐射的引入对于灰体表面系统辐射换热的计算有什么作用？答：由物体内能转变成辐射能叫做自身辐射，投向辐射表而的辐射叫做投入辐射，离开辐射表面的辐射叫做有效辐射，有效辐射概念的引入可以避免计算辐射换热计算时出现多次吸收和反射的复杂性。 6、对于温度已知的多表面系统，试总结求解每一表面净辐射换热量的基本步骤。答：(1)画出辐射网络图，写出端点辐射力、表面热阻和空间热阻；(2)写出由中间节点方程组成的方程组；(3)解方程组得到各点有效辐射；(4)由端点辐射力，有效辐射和表面热阻计算各表面净辐射换热量。 7、什么是辐射表面热阻？什么是辐射空间热阻？网络法的实际作用你是怎样认识的？答：出辐射表面特性引起的热阻称为辐射表面热阻，由辐射表面形状和空间位置引起的热阻称为辐射空间热阻，网络法的实际作用是为实际物体表面之间的辐射换热描述了清晰的物理概念和提供了简洁的解题方法。 8、什么是遮热板?试根据自己的切身经历举出几个应用遮热板的例子。答：所谓遮热板是指插人两个辐射表面之间以削弱换热的薄板。如屋顶隔热板、遮阳伞都

传热学第四版课后题答案第十章

第十章思考题 1、所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面得管子。设一双侧强化管用内径为d i 、外径为d 0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。 2、在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。 3、重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。答：传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。 4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。 5、对于22112211221m1q c q c q c q c q c c q m m m m m =<≥及、三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与c q m 相对大小的关系。 6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不需要用到传热方程式，你同意吗？答：换热器设计所依据的基本方程有：传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。 7、在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。答：传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，说明略o 8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算？答：已知流体及换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，对已有的换热器，根据流体参数计算其换热量和流体出口参数的过程叫做校核计算。 9、在进行换热器的校核计算时，无论采用平均温差法还是采用传热单元数法都需要假设一种介质的出口温度，为什么此时使用传热单元数法较为方便？答：用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来体现的，远没有对平均温差的影响大，所以该法用于校核计算时容易得到收敛的计算结果。 10、试用简明语言说明强化单相强制对流换热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想。答：无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层．强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关键在于增加汽化核心数；膜状凝结换热强化措施是使液膜减薄和顺利排出凝结液。 11、在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四个假设？习题

工程热力学课后题答案

习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角 30=α ，压力计中使用 3/8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解： 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。若当地大气压 kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统；（3）.取图中虚线内空间为系统。答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为 mmHg 706。若大气压力为MPa 098.0，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa 表示） MPa p MPa p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=，大气压力MPa p b 098.0=，求容器内的绝对压力。若大气压变为 MPa p b 102.0='，求此时真空表上的读数为多少 mmMPa ？ MPa p MPa p v 8.579,0247.0='= 9.如果气压计压力为kPa 83，试完成以下计算：（1）.绝对压力为11.0MPa 时的表压力；（2）.真空计上的读数为kPa 70时气体的绝对压力；（3）.绝对压力为kPa 50时的相应真空度（kPa ）；（4）.表压力为MPa 25.0时的绝对压力（kPa ）。（1）. kPa p g 17=；

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