傳熱學(xué)習(xí)題與答案

1、1 .流動(dòng)邊界層固體壁面附近流體，由于粘性導(dǎo)致速度急劇變化的薄層稱為流動(dòng)邊界層（速度邊界層）2 .定性溫度用以確定特征數(shù)中流體物性的溫度稱為定性溫度。3 .灰體光譜吸收比與波長無關(guān)的物體稱為灰體。4 .輻射力指單位時(shí)間、單位面積的輻射表面向半球空間所有方向所發(fā)射的全部波長的總能量。1 .經(jīng)過白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯，試解釋原因。（6分）答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙進(jìn)入更多的空氣，而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，具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進(jìn)入，因而效果更明顯。2 .寫出傅

2、立葉導(dǎo)熱定律表達(dá)式，并說明式中各量和符號(hào)的物理意義。（6分）答：qgradtt-nn其中q是熱流密度矢量；是到導(dǎo)熱系數(shù)，表示物質(zhì)導(dǎo)熱本領(lǐng)的大??；gradt是空間某點(diǎn)的溫度梯度；n是通過該點(diǎn)的等溫線上的法向單位矢量，指向溫度升高的方向，負(fù)號(hào)表示熱量沿溫度降低的方向傳遞。3 .寫出努塞爾數(shù)Nu與畢渥數(shù)Bi表達(dá)式并比較異同。（6分）答：從形式上看，Nu數(shù)（Nu且）與Bi數(shù)（Bi且）完全相同，但二者的物理意義卻不同。Nu數(shù)中為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，而一般h未知，因而Nu數(shù)一般是待定準(zhǔn)則。Nu數(shù)的物理意義表示壁面附近流體的無量綱溫度梯度，它表示流體對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。而Bi數(shù)中的為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且一般情況下

3、h已知,Bi數(shù)一般是已定準(zhǔn)則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱題內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻（1/）與外部對(duì)流熱阻（1/h）的相對(duì)大小。4 .厚度等于的常物性無限大平板，初始溫度均勻?yàn)閠°,過程開始后，左側(cè)有一定熱流密度qw的熱源加熱，右側(cè)與低溫流體tf相接觸（t°>tf）,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h等于常數(shù)，所有物性參數(shù)已知，寫出該導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述。（6分）答：這是一個(gè)沿平板厚度方向的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，其微分方程、邊界及初始2t2 x條件為微分方程:初始條件：0,tx,0t0邊界條件：x 0,qw)tf1.導(dǎo) 熱學(xué),當(dāng)熱物性參數(shù)為常數(shù)時(shí)，上式可表示為2tx2t y2t-2 z&工；對(duì)于c常物

4、性參數(shù)，無內(nèi)熱源的二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題可表示為工2222；對(duì)于常物性參數(shù)，無內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱可表cxy示為d40。dx_ _2.多層平壁熱流密度計(jì)算公式為tl tn 1q - °下載可編輯3.供暖系統(tǒng)中暖氣片內(nèi)的熱水通過 以.導(dǎo)熱 方式熱量傳到管子外壁,對(duì)流方式把熱量傳到管子內(nèi)壁，然后最后通過對(duì)流+熱輻射方式、使室內(nèi)環(huán)境溫度升高。4 .已知等截面直肋中沿肋高x過余溫度分布8與月*根部過余溫度80之間關(guān)系chm(xH)0為0ch(mH)由此可得肋端部H過余溫度為訴h5 .對(duì)流換熱的種類按照流動(dòng)的動(dòng)力不同可分為強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流。6 .二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的有限差分方程tm1,ntm1,ntm

5、,n1tm,n14tm,n0。1.用裝有油的鐵套和玻璃水銀溫度計(jì)測量蒸汽管道中的溫度，溫度計(jì)讀數(shù)為100C,套筒根部溫度為60C,套筒高度H=140mm壁厚6=1mm鐵套導(dǎo)熱系數(shù)為人=58.2W/m.K,鐵套外表面與蒸汽間的換熱系數(shù)為29.1(W/m2K),試分析溫度計(jì)讀數(shù)誤差有多大？(10分)解：溫度計(jì)讀得的溫度tH與壓縮空氣真實(shí)溫度tf間的聯(lián)系可表示為：chm(xH)ch(mH)當(dāng)x=H時(shí),于是tH tfchm(x H)o ch(mH)ch(mH)to tfch(mH)tf周長U=tt d,套管壁橫截面%ch(mH) to ch(mH) 1A二兀d 6。所以mH29.10.1458.2 0

6、.0013.13由附表查得ch(3.13)=11.5,tf100 11.5 6011.5 1103.8 c測試獲得的溫度和實(shí)際溫度相差3.8C2一直徑為10cm,長60cm的鋼圓柱體，初始溫度為30C,將其放入爐溫為1200c的加熱爐中加熱，升溫到800c后方可取出，設(shè)圓柱體與爐內(nèi)煙氣之間的復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為110W/(m2.K),鋼的物性參數(shù)分別為c=0.48kJ/(kg.K),p=7753(kg/m3),入=58.2(W/m.K需要多長時(shí)間？(10分)解：首先采用集總參數(shù)法判據(jù)hRhh(V/A)2BiV0.1M0.05BiV0.1M110蟠58.20.0473可以采用集總參數(shù)法一一231.

7、3 10 2 3hA110n0.10.62n0.052ttft0tf80012003012000.3419exphAcVexp1.3103825.6sln0.341931.310cV 7753 480 n 0.05 0.6解：定性溫度：t號(hào)(170+30)/2C=100C查附錄5得：m=3.21X10-2W/(mC)n=23.13X10-6n2/sPrm0.688空氣的體脹系數(shù)av=1/T=1/373K-1由此計(jì)算出：GrgH3 V,m t2Vm9.81 33 140373 23.132 10 12 _111.8582 10按表6-1處于紊流流態(tài)，仁0.11,n=1/3Nu=0.11(GrmP

8、rm)1/3=0.11X(1.8582X1011X0.688)1/3=554.14554.143.21105.93W/(m2C)4QhAt5.933121402.9910W4.有一圓柱體，如下圖所示，表面1溫度工550K,發(fā)射率1 0.8,表面2溫度T2 275K,發(fā)射率 2 0.4,圓柱面3為重輻射表面，角系數(shù)X“i0.308求表面1(10 分)和表面2間的輻射換熱量解：熱阻網(wǎng)絡(luò)圖如下2A20.30.09 ,0.60.30.18Xi,3&X3,1A10.180.3080.090.616,X1,21 0.616 0.3841 0.80.8 0.0910.361 0.40.4 0.091

9、0.06R21128.9A1X120.090.384118.00.090.616 1116.011R12R13%28.918.0212 _ _44、5.67 (5.52.75 )10.3610.0616.04.31 102(W)優(yōu)先看上面這一部分1 .導(dǎo)溫系數(shù)口二胎心,式中金式物體的導(dǎo)熱系數(shù)，P和二分別為物體的密度和定壓比熱容。口是材料傳播溫度變化能力大小的指標(biāo)。2 .流動(dòng)邊界層固體壁面附近流體，由于粘性導(dǎo)致速度急劇變化的薄層稱為流動(dòng)邊界層（速度邊界層）3 .角系數(shù)表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分?jǐn)?shù)稱為表面1對(duì)表面2的角系數(shù)。4 .發(fā)射率實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力的比值稱為實(shí)際

10、物體的發(fā)射率。1 .寫出熱擴(kuò)散率的表達(dá)式，并說明其物理意義。（6分）答：ac熱擴(kuò)散率（導(dǎo)溫系數(shù)），反映了導(dǎo)熱過程中材料的導(dǎo)熱能力（入）與沿途物質(zhì)儲(chǔ)熱能力（pc）之間的關(guān)系。a值大，說明物體的某一部分一旦獲得熱量，該熱量能在整個(gè)物體中很快擴(kuò)散。2 .經(jīng)過白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯，試解釋原因。（6分）答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙進(jìn)入更多的空氣，而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，具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進(jìn)入，因而效果更明顯。3 .寫出努塞爾數(shù)Nu與畢渥數(shù)Bi表達(dá)式并比較異同。

11、（6分）答：從形式上看，Nu數(shù)（Nu且）與Bi數(shù)（Bi旦）完全相同，但二者的物理意義卻不同。Nu數(shù)中為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，而一般h未知，因而Nu數(shù)一般是待定準(zhǔn)則。Nu數(shù)的物理意義表示壁面附近流體的無量綱溫度梯度，它表示流體對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。而Bi數(shù)中的 為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且一般情況下h已知, Bi數(shù)一般是已定準(zhǔn)則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻（1/ ）與外部 對(duì)流熱阻（1/h）的相對(duì)大小。4.厚度等于的常物性無限大平板，初始溫度均勻?yàn)?t。，過程開始后，左側(cè)有一定熱流密度qw的熱源加熱，右側(cè)與低溫流體tf相接觸（t°>tf）,表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)h等于常數(shù)，所有物性參數(shù)已知，寫

12、出該導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述。（6分）答：這是一個(gè)沿平板厚度方向的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，其微分方程、邊界及初始條件為微分方程:2tx初始條件：0, t x,0 t0邊界條件：x 0, qwx x 0h t( , ) tf1 .供暖系統(tǒng)中暖氣片內(nèi)的熱水通過 以.導(dǎo)熱 方式熱量傳到管子外壁, 境溫度升高。對(duì)流方式把熱量傳到管子內(nèi)壁，然后最后通過 對(duì)流+熱輻射方式,使室內(nèi)環(huán)2 .多層平壁熱流密度計(jì)算公式為titn 1q 。i 1 i3 . 導(dǎo)&，當(dāng)熱物性參數(shù)為常數(shù)時(shí)，上式可表示為2t x2t y4%對(duì)于 z c常物性參數(shù)，無內(nèi)熱源的二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題可表示為工2X2X22；對(duì)于常物性參數(shù)，無內(nèi)熱源的

13、一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱可表cxy示為d40。dx4 .已知等截面直肋中沿肋高x過余溫度分布8與月*根部過余溫度80之間關(guān)系由此可得肋端部H過余溫度為och(mH)chm(xH)0ch(mH)5 .對(duì)流換熱的種類按照流動(dòng)的動(dòng)力不同可分為強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流。6 .二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的有限差分方程tmi,ntmi,n一一叫0。1.某房間墻壁(從外到內(nèi))由一層厚度為240mm勺磚層和一層厚度為20mmi勺灰泥構(gòu)成。冬季外壁面溫度為-10C,內(nèi)壁面溫度為18c時(shí)。求1)通過該墻體的熱流密度是多少？2)兩層材料接觸面的溫度是多少？已知磚的導(dǎo)熱系數(shù)=0.7W/(mK),灰泥的導(dǎo)熱系數(shù)=0.58W/(mK)。解：令磚層為1層

14、，灰泥層為2層。外壁面為1,內(nèi)壁面為2,中間接觸面為3二6：訶)=工)="=465獷/加一一歸0.M3+S0345一。方力一440.7058%=15.252一直徑為10cm,長60cm的鋼圓柱體，初始溫度為30C,將其放入爐溫為1200c的加熱爐中加熱，升溫到800c后方可取出，設(shè)圓柱體與爐內(nèi)煙氣之間的復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為110W/(m2.K),鋼的物性參數(shù)分別為c=0.48kJ/(kg.K),p需要多長時(shí)間?=7753(kg/m3),入=58.2(W/m.K解：首先采用集總參數(shù)法判據(jù)Bivh(V / A) h R0.05110 2_58.20.04730.1MBiv0.050.1M可

15、以采用集總參數(shù)法。21.3 10 3hA110n0.10.62n0.0521121cV7753480n0.050.6ttf0 t0 t f800 120030 12000.3419 exphAcVexp 1.310 3In 0.341931.3 10825.6s3.某窯爐，側(cè)墻高3ml總長12m爐墻外壁壁溫tw=170Co已知周圍空氣溫度tf=30C,試求此側(cè)墻的自然對(duì)流散熱量。解：定性溫度：t由(170+30)/2C=100C查附錄5得：m=3.21X10-2W/(mC)n=23.13X10-6mi/sPre0.688空氣的體脹系數(shù)av=1/T=1/373K-1由此計(jì)算出：gH3V,mt9.813314011Gr22121.858210Vm37323.13210按表6-1處于紊流流態(tài)，仁0.11,n=1/3Nu=0.11(GrmPrn)1/3=0.11X(1.8582X1011X0