发布时间 : 星期三 文章第四版《传热学》课后习题答案 - 杨世铭-陶文铨[1][2]更新完毕开始阅读30bf6b35a32d7375a41780a7
1-24 在附图所示的稳态热传递过程中，已知： tw1?460℃，tf2?300℃，?1?5mm，?2?0.5mm，
?1?46.5W/(m.K)，?2?1.16W/(m.K),h2?5800W/(m2.K)。试计算单位面积所传递的热量。
解：由题意得
=225.35KW
1-25 在工程传热问题的分析中定性地估算换热壁面的温度工况是很有用的。对于一个稳态的传热过程，试概括出通过热阻以估计壁面温度工况的简明法则。
解：因为稳态传热所以通过每个截面的热流量都相等，热阻越小的串联环节温降小，则换热壁面温度越趋于接近，否则温差较大。
传热过程及综合分析
1-26 有一台传热面积为12m的氨蒸发器，氨液的蒸发温度为0℃，被冷却水的进口温度为9.7℃，出口温度为5℃，蒸发器中的传热量为69000W，试计算总传热系数。 解：由题意得
21?1?2???0.00071h1?1?2
?ttw?tf?q??RZRZ RZ??t1??t22＝7.35℃
又???KA?t ?t?A?t
2 ＝782.3W/(m.K)
1-27 设冬天室内的温度为tf1，室外温度为tf2，试在该两温度保持不变的条件下，画出下列三种情形从室内空气到室外大气温度分布的示意性曲线： （1）室外平静无风；
（2）室外冷空气以一定流速吹过砖墙表面；
（3）除了室外刮风以外，还要考虑砖墙与四周环境间的辐射换热。 解 tf1 tf2 1-28 对于图1-4所示的穿过平壁的传热过程，试分析下列情形下温度曲线的变化趋向：（1）?/??0；（2）
5
?K??
h1??；（3）h2??。
tf1 tf2 1-29 在上题所述的传热过程中，假设?/??0，试计算下列情形中分隔壁的温度：（1）h1?h2；（2）
h1?2h2;(3)h1?0.5h2。
??0;?tw1?tw2解：?
????又?Ah1tw1?tf2?Ah2tw2?tf2
? ?(1)h1?h2时
2
2tf1?tf2tw1?tw2?h?2h312（2）时
tf1?2tf2tw1?tw2?3（3）h1?0.5h2时
tw1?tw2?tf1?tf21-30 设图1-4所示壁面两侧分别维持在20℃及0℃，且高温侧受到流体的加热，
??0.08m,tf1?1000C,h1?200W/(m2.K),过程是稳态的，试确定壁面材料的导热系数。
解：
q?h1?tf1?tw1?????h1??tf1?tw1???tw1?tw2??
tw1?tw2
＝64W/(m.K)
1-31 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是厚为??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??17.5W/(m.K)。试问在稳态工况下表面3的温度tw3为多少？ 解：在稳态工况下因为
＝132.67℃
?Atw3?tw2?tw3?Tw24?Tw14??tw2?
?????ATw2?Tw1?44?
1-32 一玻璃窗，尺寸为60cm?30cm，厚为4mm。冬天，室内及室外温度分别为20℃及-20℃，内表面的自然对流换热表面系数为W，外表面强制对流换热表面系数为50W/(m.K)。玻璃的导热系数
??0.78W/(m.K)。试确定通过玻璃的热损失。
???T11???h1AAh2A?
解：
＝57.5W
1-33 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
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室内温度为2℃，室外为-10℃，室内墙壁与环境之间的 表面传热系数为6W/(m.K),室外刮强风时的表面传
W/(m.K)。试计算通过这面墙所散失的热量，并讨论室热系数为60W/(m.K)。软木的导热系数??0.044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二分之一或四分之一来估算）。 解：由题意
??
=45.67W
?T11???hN1AAhWA?
2当室外风力减弱时 hW?30W/(m.K)
?? 单位换算
1-34．一台R22的空调器的冷凝器如附图所示。温度为313K的氟利昂22的饱和蒸气在管子内流动，温度为283K的空气进入冷凝器冷却氟利昂蒸气使其凝结。该冷凝器的迎风面积为0.4m，迎面风速为2m/s。氟利
2?T11???hN1AAhWA?＝45.52W
kg/s，从凝结氟利昂蒸气到空气的总传热系数为40W/mK,试确定该冷凝器所需的昂蒸气的流量为0.011传热面积。提示：以空气进、出口温度的平均值作为计算传热温差的空气温度。所谓迎风面积是指空气进入冷凝器之前的流动面积。
1-35.一战车的齿轮箱外表面积为0.2㎡，为安全需要，其最高温度不超过65℃，为此用25℃的冷空气强制对流流过此表面。该齿轮箱在稳态运行时消耗的机械能为1000W。假定这份能量全部通过对流传热散失到环境中，所需的对流传热系数应多大？如果齿轮箱四周的固体表面平均温度为30℃，试分析通过辐射传热最多可以带走多少热量？齿轮箱表明的发射率可取为0.85。 解：
1-36.航空喷气发动机的工作叶片与高温的燃气相接触，为了使叶片金属的温度不超过允许数值，常在叶片中间铸造出冷却通道，从压气机出口抽出一小部分冷空气进入这些通道。附图中示意性地画出了这样的叶片的截面。现在给出以下数据：空心叶片内表面面积Ai=200mm2，冷却空气的平均温度tfi=700℃，表面传热系数hi=320W/(m2*K)；面积Ao=2840mm2的叶片外表面与平均温度为1000℃的燃气接触，平均表面传热系数ho=1420W/(m2*K)。此时叶片外表面温度为820℃，内表面温度为790℃。试分析此时该叶片内的导热是否处于稳态？ 解：
1-37.一宇航员在太空模拟舱内工作（检测仪器仪表的工作性能），该模拟舱外表面面积为3㎡，外表面温度为0℃，表面发射率为0.05。模拟舱位于表面温度为-100℃的人工环境的大壳体内。此时模拟舱内的温度保持恒定，试确定模拟舱表面的辐射散热量。这份能量都是有宇航员身上散失的吗？ 解：
1-38.在例题1-6中，为获得1h后该男子的体温平均下降的数值，可以近似地认为他向环境的散热量为一常数。实际上，这一散热量是随时间而变化的。（1）分析该男子向环境散热的方式；（2）如何计算其辐射传热量随时间的变化，并估算考虑这一变化后1h内的辐射总散热量，皮肤与衣料的表面发射率可取为0.9，刚开始时平均表面温度为31℃，环境为10℃；（3）如何计算其向四周冷空气的对流传热量随时间的变化，并估算考虑这一变化后1h内的对流总散热量。由于人体的颤抖，人体向冷空气散热的对流传热表面传热系数可取为20W/(㎡·K)。该男子的散热面积可以用直径为0.318cm、高1.7m的圆柱体的面积来近似代替。 解：
1-39 当空气与壁面的平均温度在30～50℃范围时，空气在水平管外自然对流的 表面传热系数可按下列式计算：
h?C(?t/d)式中：常量C?1.04kcal/(m
1/4?2?
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1.75.h.?C1.25);直径d的单位为m;温差?t的单位为℃，h的单位为
kcal/(m2.h.?C)。试用我国法定计量单位写出此公式。
解：
1-40 对于水在大容器内的饱和沸腾试验，有人提出了下列经验公式：
?C1p2)q0.7
?141.721.86W0.3/(K.m0.32.N0.14);其他各量的单位为式中：C1?9.339?10m/N,C2?0.62822p?N/m,q?W/m,h?W/(m.K)。试将此式改用工程单位制单位写出。
h?C2(p
0.14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。
?t??q＝－?gradt???n??x，其中：gradt为空间某点的温度梯度；n是通过答：傅立叶定律的一般形式为：
?q该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；为该处的热流密度矢量。
2 已知导热物体中某点在x,y,z三个方向上的热流密度分别为qx,qy及qz，如何获得该点的 热密度矢量？
???????q?q?i?q?j?q?kxyz答：，其中i,j,k分别为三个方向的单位矢量量。
3 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。
答：导热微分方程式所依据的基本定律有：傅立叶定律和能量守恒定律。 4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。 答：① 第一类边界条件：??0时，tw?f1(?)
② 第二类边界条件：
??0时??(??(?t)w?f2(?)?x
③ 第三类边界条件：
5 试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。
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。使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。
7.通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无关，而通过球壳的导热量计算式却与半径的绝对值有关，怎样理解？
答：因为通过圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的内外半径比值有关，而通过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关，所以绝对半径不同时，导热量不一样。
6 发生在一个短圆柱中的导热问题，在下列哪些情形下可以按一维问题来处理？ 答：当采用圆柱坐标系，沿半径方向的导热就可以按一维问题来处理。
8 扩展表面中的导热问题可以按一维问题来处理的条件是什么？有人认为，只要扩展表面细长，就可按一维问题来处理，你同意这种观点吗？
答：只要满足等截面的直肋，就可按一维问题来处理。不同意，因为当扩展表面的截面不均时，不同截面上的热流密度不均匀，不可看作一维问题。
9 肋片高度增加引起两种效果：肋效率下降及散热表面积增加。因而有人认为，随着肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热数流量反而会下降。试分析这一观点的正确性。
答：错误，因为当肋片高度达到一定值时，通过该处截面的热流密度为零。通过肋片的热流已达到最大值，不会因为高度的增加而发生变化。
10 在式（2-57）所给出的分析解中，不出现导热物体的导热系数，请你提供理论依据。
答：由于式（2-57）所描述的问题为稳态导热，且物体的导热系数沿x方向和y方向的数值相等并为常数。 11 有人对二维矩形物体中的稳态无内热源常物性的导热问题进行了数值计算。矩形的一个边绝热，其余三个边均与温度为tf的流体发生对流换热。你能预测他所得的温度场的解吗？
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?t)w?h(tw?tf)?x