2-1冬天,經(jīng)過在白天太陽(yáng)下曬過的棉被,晚上蓋起來感到很暖和,并且

1、2-1冬天，經(jīng)過在白天太陽(yáng)下曬過的棉被，晚上蓋起來感到很暖和，并且經(jīng)過拍打后，效果 更加明顯。試解釋原因。 解：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙里進(jìn)入更多的空氣。而且空氣在狹小的棉絮空間里 的熱量傳遞方式主要是導(dǎo)熱，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小(20 C, 1.01325 xiOPa時(shí)，空氣導(dǎo) 熱系數(shù)為0.0259W/ (m K),具有良好的保溫性能。經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進(jìn) 入，因而效果更加明顯。 2-2 冬天，在相同的室外溫度條件下，為什么有風(fēng)比無風(fēng)時(shí)感到更冷些？ 解：假定人體表面溫度相同時(shí)，人體的散熱在有風(fēng)時(shí)相當(dāng)于強(qiáng)制對(duì)流換熱，而在無風(fēng)時(shí)屬自 然對(duì)流換熱(不考慮熱輻射或假定輻射換熱量相

2、同時(shí))。而空氣的強(qiáng)制對(duì)流換熱強(qiáng)度要比自 然對(duì)流強(qiáng)烈。因而在有風(fēng)時(shí)從人體帶走的熱量更多，所以感到更冷一些。 2-3試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過程，各環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？以暖氣片管內(nèi)走熱水為例。 解:有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及熱傳遞方式： (1) 由熱水到暖氣片管道內(nèi)壁，熱傳遞方式是對(duì)流換熱； (2) 由暖氣片管道內(nèi)壁至外壁，熱傳遞方式為導(dǎo)熱； (3) 由暖氣片外壁至室內(nèi)環(huán)境和空氣，熱傳遞方式有輻射換熱和對(duì)流換熱。 2-4 一雙層玻璃窗，寬1.1m，高1.2m，厚3mm，導(dǎo)熱系數(shù)為1.05W/ ( m K);中間空氣層 厚5mm，設(shè)空氣隙僅起導(dǎo)熱作用，導(dǎo)熱系數(shù)為 2.60 X10-2W/ (m K);室內(nèi)空

3、氣溫度為25C。 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20W/ (卅K);室外空氣溫度為-10C,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15W/ (卅K)。試 計(jì)算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與單層玻璃窗想比較。假定在兩種情況下室內(nèi)、外空氣溫 度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同 解: (1)雙層玻璃窗情形，由傳熱過程計(jì)算式: tfl 乜 _A (ft if?) _!123 J 丄 111212 丄 hi A 1A . 2A 3 A b A h . 1 /.2 3 h2 1.1 漢 1.2 疋 25( 10)】 13 105 103 101 + 201050.02610515 = 146.8W (2)單層玻璃窗情形: A(t f! -t f2 ) 1 0,

4、b=0,bt2，當(dāng)b0時(shí)，顯然 (ti) (t2),所以|空|x* |蟲良二，故溫度分布曲線如圖2-2( a) dxdx 所示。同理，b=0,bi =20W. m,由牛頓冷卻公式 I - hA( tw _tf ) = hdL(tw -tf ) h 二 nd(tw -tf) =20.n 0.110(55 - 25) L 2122W. (m2 K) 11 定性溫度怙= (tw -tf ) =(25 -55)=40 C 22 空氣的物性值：心 0.0276W/(m K), v 1696 16( m2 s) ,pr=0.699 由此得 hd2122 漢 0.1漢10亠 Nu10=7689 入0.0 2

5、 7 6 假設(shè) Re數(shù)值范圍在40-4000，有 1 Nu =CRenPr3，C =0.683，n =0.466 既 1 7689 = 0.683 Re0466 0.6993 得 R =233.12符合上述假設(shè)范圍。 故 u二-Re233.12 16.96 10啟/0.1 10”=39.54m/s d 2-11水以2kg/s的質(zhì)量流量流過直徑為40伽，長(zhǎng)為4m的圓管，管壁溫度保持在90 C,水的進(jìn) 口溫度為30 C。求水的出口溫度和管子對(duì)水的散熱量。水的物性按 40 C查取。不考慮由溫差 引起的修正 解：本題屬于水在管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流換熱。40 C水的物性參數(shù)如下 -=0.635W/ (m k)

6、, Cp =4174J/(kg k), n 6533 10_6Pa s,Pr =431 Re 44 = 9.745 1010 4qm4 2 n d n n 0.04 653.3 10 * 屬湍流，考慮到水被加熱，取公式 Nu =0.023 (9.745 104)08 (4.31 )仁 404.1 404.1 0.653 0.04 -6597.6W/( m2 k) 由題意，l/d=4/0.04=10060,C l=1,且不考慮溫差修正，Ct=1。 出口水溫度為： t、tw(tw -tf )exp( hP qmCp l) =90- (90-30) exp (- n 0.04 6597.6 4 2x

7、4174 =49.7 C 管子對(duì)水的散熱量 G =qmcp(t； -tf ) =2 4174 ( 49.7 30)= 1.64 1 05W 2-12 一套管式換熱器，飽和蒸汽在管內(nèi)中凝結(jié)，使內(nèi)管外壁溫度保持在100 C,初溫為25 C, 質(zhì)量流量為0.8kg/s的水從套管換熱器的環(huán)型空間中流過，換熱器外客絕熱良好。環(huán)形夾層內(nèi) 管外徑為40伽，外管內(nèi)徑為60伽，試確定把水加熱到55 C時(shí)所需的套管長(zhǎng)度，及管子出口截 面處的局部熱流密度。不考慮由溫差引起的修正。 Nu入 de 93.3 0.635 0.02 = 2962.3W/( m2 K) 解：由定性溫度 1 1H1 tm(tf tf )(25

8、*55)=40 C,得水的物性參數(shù) 2 2 店 0.635W, (m k),n653.3 10J3Pa s Cp =4174J. (kg k),Pr=4.31 當(dāng)量直徑 de 二 d2 P = 6040 = 20mm = 0.02m Re 二 P 叭 4qm4 081 559)1 nnn 2(dd1) 653.3 10 (0.06 0.04) 水被加熱 Nu =0.023Re8Pr. 0.023 (15591.5)0.8 (4.31)04 = 93.3 假設(shè)換熱達(dá)充分發(fā)展Cl=1 換熱量 III G 二qmCp(tf _tf)=0.8 4174 ( 55 - 25) = 100176W ：-h

9、A(tw -tm)=h二dl(tw -tm) 所以 ,100176一 c廠 l4485 m h二d(tw -tm)39623n 0.04 (100-40) 新=4.485 =224 . . 60 de002 故不考慮管長(zhǎng)修正 管子出口處的熱流密度按下式計(jì)算 q0 =h(tw _tm) =29623 (100-55)=1 3 Bw m2 m2 2-13 人造衛(wèi)星在返回地球表面時(shí)為何容易被燒毀？ 解衛(wèi)星在太空中正常運(yùn)行時(shí)，其表面的熱量傳遞方式主要依靠與太空及太陽(yáng)等星體的輻射。 而在返回地面的過程中，由于與大氣層之間的摩擦，產(chǎn)生大量的熱量，無法及時(shí)散熱，因而 易被燒毀。 2-14 一直徑為0.8m的

10、薄壁球形液氧儲(chǔ)存容器，被另一個(gè)直徑為1.2m的同心薄壁容器包圍 兩容器表面為不透明漫灰表面，發(fā)射率均為 0.05，兩容器表面之間是真空的，如果外表的溫 度為300K，內(nèi)表面溫度為95K，試求由于蒸發(fā)使液氧損失的質(zhì)量流量。液氧的蒸發(fā)潛熱為 2.13 X105 J/kg 解：本題屬兩表面組成封閉系的輻射換熱問題，其輻射網(wǎng)絡(luò)如圖2-3所示。 其中E = 4 =5.67 10$ (300)4 =459.27W/m2 b1 E =叔=5.67 10 954 =4.62Wm2 b2 X2,1 - 1 1 ,2 n 082 2.01m2 2 n 12 Eb1Eb2 1 A2X2,1 4 .62 1 459.

11、27 1 0.051 0.05 2014524005 005 4.524 = 32.77W 故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失的質(zhì)量流量 1,232.77 qmr 213 105 4 154 10 kg/s 0.554 kg h 2-15某爐墻內(nèi)層為粘土磚，外層為硅藻土磚，它們的厚度分別為S1=460mm ; S2=230mm , t3=100 C，求穩(wěn)態(tài)時(shí)通過爐墻的導(dǎo)熱通量和兩層磚交界處的溫度。 解：按試算法，假定交界面溫度 t2=900 C，計(jì)算每層磚的導(dǎo)熱系數(shù) 入 0.7 0.64 103 1400 900) 2 丿 1436 k 014012 10 3 900 100 2 0.20 tw1 tw

12、2 S1S2 14360.20 再按式（13-12 ）計(jì)算界面溫度 1400 884.2 0-461 1 1.4 36 1400 046 根據(jù)式（13-10 ）計(jì)算通過爐墻的熱通量 100 c 884.2 0.23 t2 tw1 q S1 入丿 故 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失的質(zhì)量流量 qm 1 ,2 r 32

13、.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s tw1tw2 s1s2 1400 0.46 1.436 0.20 再按式（ 13-1 2 ）計(jì)算界面溫度 1400884.20.4611 1.436 t2 t w1 q sk1 k1 168 C 0.554 kg h 2-15 某爐墻內(nèi)層為粘土磚，外層為硅藻土磚，它們的厚度分別為S1=460mm；S2=230mm ， 導(dǎo)熱系數(shù)分別為 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。爐墻兩側(cè)表 面溫度各為 t1=1400 C ；t3=100 C ，求穩(wěn)態(tài)時(shí)通過爐墻的導(dǎo)熱通量和兩層磚交界處的溫度。 解：按試算法

14、,假定交界面溫度 t2=900 C ,計(jì)算每層磚的導(dǎo)熱系數(shù) 入 0.7 0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900 100 10 2 0.20 WmC 根據(jù)式（13-10）計(jì)算通過爐墻的熱通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失的質(zhì)量流

15、量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某爐墻內(nèi)層為粘土磚，外層為硅藻土磚，它們的厚度分別為S1=460mm；S2=230mm ， 導(dǎo)熱系數(shù)分別為 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。爐墻兩側(cè)表 面溫度各為 t1=1400 C ；t3=100 C ，求穩(wěn)態(tài)時(shí)通過爐墻的導(dǎo)熱通量和兩層磚交界處的溫度。 解：按試算法,假定交界面溫度 t2=900 C ,計(jì)算每層磚的導(dǎo)熱系數(shù) 入 0.7 0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900

16、 100 10 2 0.20 WmC 根據(jù)式（13-10）計(jì)算通過爐墻的熱通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失的質(zhì)量流量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某爐墻內(nèi)層為粘土磚，外層為硅藻土磚，它們的厚度分別為

17、S1=460mm；S2=230mm ， 導(dǎo)熱系數(shù)分別為 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。爐墻兩側(cè)表 面溫度各為 t1=1400 C ；t3=100 C ，求穩(wěn)態(tài)時(shí)通過爐墻的導(dǎo)熱通量和兩層磚交界處的溫度。 解：按試算法,假定交界面溫度 t2=900 C ,計(jì)算每層磚的導(dǎo)熱系數(shù) 入 0.7 0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900 100 10 2 0.20 WmC 根據(jù)式（13-10）計(jì)算通過爐墻的熱通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(

18、2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失的質(zhì)量流量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某爐墻內(nèi)層為粘土磚，外層為硅藻土磚，它們的厚度分別為S1=460mm；S2=230mm ， 導(dǎo)熱系數(shù)分別為 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。爐墻兩側(cè)表 面溫度各為 t1=1

19、400 C ；t3=100 C ，求穩(wěn)態(tài)時(shí)通過爐墻的導(dǎo)熱通量和兩層磚交界處的溫度。 解：按試算法,假定交界面溫度 t2=900 C ,計(jì)算每層磚的導(dǎo)熱系數(shù) 入 0.7 0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900 100 10 2 0.20 WmC 根據(jù)式（13-10）計(jì)算通過爐墻的熱通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05

20、 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失的質(zhì)量流量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某爐墻內(nèi)層為粘土磚，外層為硅藻土磚，它們的厚度分別為S1=460mm；S2=230mm ， 導(dǎo)熱系數(shù)分別為 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。爐墻兩側(cè)表 面溫度各為 t1=1400 C ；t3=100 C ，求穩(wěn)態(tài)時(shí)通過爐墻的導(dǎo)熱通量和兩層磚交界處的溫度。 解：按試算法,假定交界面溫度 t2=900 C ,計(jì)算每層磚的導(dǎo)熱系數(shù) 入 0.7

21、0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900 100 10 2 0.20 WmC 根據(jù)式（13-10）計(jì)算通過爐墻的熱通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失的質(zhì)量流量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某爐墻內(nèi)層為粘土磚，外層為硅藻土磚，它們的厚度分別為S1=460mm；S2=230mm ， 導(dǎo)熱系數(shù)分別為 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。爐墻兩側(cè)表