冬天經(jīng)過在白天太陽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?。?0，1.0132510Pa 時(shí)，空氣導(dǎo)熱系數(shù)為0.0259W/（mK），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)制對流換熱，而在無風(fēng)時(shí)屬自然對流換熱（不考慮熱輻射或假定輻射換熱量相同時(shí)）。而空氣的強(qiáng)制對流換

2、熱強(qiáng)度要比自然對流強(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/（mK）；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2.6010-2W/（mK）；室內(nèi)空氣溫度為25。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20W/（K）；室外空氣溫度

3、為-10，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15W/（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： =（2） 單層玻璃窗情形： 顯然，單層玻璃窗的散熱量是雙層玻璃窗的2.6倍。因此，北方的冬天常常采用雙層玻璃窗，使室內(nèi)保溫。2-5 一外徑為0.3m ,壁厚為5mm的圓管，長為5m，外表面平均溫度為80 。200 的空氣在管外橫向掠過，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為80W/（K ）。入口溫度為20 的水以0.1m/s的平均速度在管內(nèi)流動。如果過程處于穩(wěn)態(tài)，試確定水的出口溫度。水的比定壓熱容為4184J/(kgK)，密度為

4、680Kg/m3。解：（1）管外空氣與管子之間的對流換熱量： （2）由于過程處于穩(wěn)態(tài)，管外空氣所加的熱量由管內(nèi)水帶走，因此， 其中為管內(nèi)流通截面積，=。故出口溫度為 =2-6 平壁與圓管壁材料相同，厚度相同，在兩側(cè)表面溫度相同條件下，圓管內(nèi)表面積等于平壁表面積，試問哪種情況下導(dǎo)熱量大？解：由題意，平壁導(dǎo)熱量 圓管壁導(dǎo)熱量 故換熱量之比： 顯然，所以圓管壁的導(dǎo)熱量大。2-7 在嚴(yán)寒的北方地區(qū)，建房用磚采用實(shí)心磚還是多孔的空心磚好？為什么？解：在其他條件相同時(shí)，實(shí)心磚材料如紅磚的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.5W/（mK ）（35），而多孔空心磚中充滿著不動的空氣，空氣在純導(dǎo)熱（即忽略自然對流）時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)很

5、低，是很好的絕熱材料。因而用多孔空心磚好。2-8 厚度為的單層平壁，兩側(cè)溫度分別維持在t1及t2，平板材料導(dǎo)熱系數(shù)呈直線變化，即（其中a,b為常數(shù)），試就b0,b=0,bt2，當(dāng)b0時(shí)，顯然(t1)(t2),所以，故溫度分布曲線如圖2-2（a）所示。同理，b=0,b60,Cl=1,且不考慮溫差修正，Ct=1。出口水溫度為: =90-（90-30）exp（-） =49.7管子對水的散熱量 =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，初溫為25，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，外管內(nèi)徑為60，試

6、確定把水加熱到55時(shí)所需的套管長度，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。解：由定性溫度 ，得水的物性參數(shù) 當(dāng)量直徑 水被加熱 假設(shè)換熱達(dá)充分發(fā)展Cl=1 /(K)換熱量 所以 m 故不考慮管長修正。管子出口處的熱流密度按下式計(jì)算 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的薄壁球形液氧儲存容器，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

7、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2.13105J/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 故 = =故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失的質(zhì)量流量 kg/s 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 ， 。爐墻兩側(cè)表面溫度各為t1=1400；t3=100，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，計(jì)算每層磚的導(dǎo)熱系數(shù) 根據(jù)式（13-10）計(jì)算通過爐墻

8、的熱通量 再按式（13-12）計(jì)算界面溫度 將求出的t2與原假設(shè)的t2相比較，若兩者相差不大（工程上一般小于4%），則計(jì)算結(jié)束，否則重復(fù)上述計(jì)算，直到滿足要求為止?，F(xiàn)在兩者相差甚大，需重新計(jì)算。重設(shè)t2=1120 2-16 熱介質(zhì)在外徑為d2=25mm的管內(nèi)流動，為減少熱損失，在管外敷設(shè)絕熱層，試問下列兩種絕熱材料中選用哪一種合適;(1)石棉制品，；（2）礦渣棉，。假定絕熱層外表面與周圍空氣之間的給熱系數(shù)。解：據(jù)式（13-38），計(jì)算臨界絕熱層直徑。 對于石棉制品 m對于礦渣棉 m可見，在所給條件下，用石棉制品作絕熱層時(shí)，因?yàn)榉笤O(shè)絕熱層，熱損失將增加，故不合適。而用礦渣棉作絕熱層時(shí)，所以是合適

9、的。2-17 平均溫度為30的水以0.4/s的流量流過一直徑為2.5，長6m的直管，測得壓力降為3kN/.熱通量保持為常數(shù)，平均壁溫為50，試求水的出口溫度。解：以水的平均溫度作定性溫度，由附錄二查得： ； 邊界層平均溫度為 以此溫度查得：由 得 根據(jù) 得 因水的，應(yīng)按柯爾朋類比計(jì)算，即 則 于是給熱系數(shù) 管壁對水的熱流量為 又 故水的溫升為 即 因 將上二式聯(lián)立求解，得出口水溫為 2-18 用內(nèi)徑d=12.710-3m的鋼管作吹氧管向鋼液中吹氧。氧氣的質(zhì)量流量G=145.3kg/h，入口溫度tf=27，吹氧管插入熔池1.22m。若不考慮電子端部逐漸熔化，并認(rèn)為管壁溫度近似等于鋼液溫度1470

10、，試求給熱系數(shù)和氧氣離開吹氧管時(shí)的溫度。解：因吹氧管出口處的氧氣溫度待求，液體平均溫度不能直接算出，即定性溫度不能確定，所以采用試算法。先假定氧氣的出口溫度為，則 由附錄二查得氧氣在303.5時(shí)的物性參數(shù)： 屬于湍流，可應(yīng)用公式（14-36）。估計(jì)氧氣與管壁間溫差較大，故應(yīng)修正。當(dāng)氧氣被加熱時(shí) 所以 因吹氧管內(nèi)氧氣溫度逐漸升高，而管壁溫度基本不變，所以給熱量沿流動方向逐漸減少，為計(jì)算整個(gè)管長的給熱，應(yīng)沿管長積分。對于微元管段dL，流體的熱量平衡方程可表示為 式中 氧氣的秒流量，kg/s。假定和均為常數(shù)，將上式沿管長積分 得 或因此 與原假設(shè)相差較大，須重新計(jì)算。再設(shè) 相應(yīng)的物性參數(shù)為 因此 計(jì)

11、算值與假設(shè)值相差不多，僅2.5%，故計(jì)算可告結(jié)束，最終結(jié)果為 2-19 有一水放置止的鋼坯，長為1.5m，寬為0.5m，黑度為0.6，周圍環(huán)境的溫度為。試比較鋼坯溫度在和時(shí)，鋼坯上表面由于輻射和對流造成的單位面積的熱損失。解：鋼坯上表面每單位面積的輻射熱損失，可根據(jù)式（15-19）求得，在時(shí) 在時(shí) 鋼坯上表面的對流熱損失按式（14-1a）計(jì)算，對流給熱系數(shù)可根據(jù)表14-3熱面朝上的水平壁計(jì)算。定型尺寸 在時(shí)定性溫度 由附錄二 查得空氣的物性參數(shù)為： 屬于湍流，所以 對流熱損失 在時(shí)定性溫度 由附錄二 查得空氣的物性參數(shù)為： 屬于湍流，所以 對流熱損失 由該例可以看到，鋼坯溫度為時(shí)對流熱損失與輻射熱損失數(shù)量級相當(dāng)；而在時(shí)，對流熱損失僅為輻射熱損失的十分之一，因此在高溫下，熱輻射起著重要的作用，溫度越高，熱輻射的作