傳熱學習題--5

1、第1章緒論習題1-1 一大平板，高3m、寬2m、厚 0.02m，導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/(m·K)，兩側(cè)表面溫度分別為t1 = 100、t2 = 50，試求該平板的熱阻、熱流量、熱流密度。1-2 一間地下室的混凝土地面的長和寬分別為11m和8m，厚為0.2m。在冬季，上下表面的標稱溫度分別為17和10。如果混凝土的熱導(dǎo)率為1.4 W/(m·K)，通過地面的熱損失率是多少？如果采用效率為f = 0.90的燃氣爐對地下室供暖，且天然氣的價格為Cg = $0.01/MJ，每天由熱損失造成的費用是多少？1-3 空氣在一根內(nèi)徑50mm，長2.5m的管子內(nèi)流動并被加熱，已知空氣平均溫度為8

2、0，管內(nèi)對流傳熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h = 70W/(m2·K)，熱流密度為q = 5000W/m2，試求管壁溫度及熱流量。1-4 受迫流動的空氣流過室內(nèi)加熱設(shè)備的一個對流換熱器，產(chǎn)生的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h = 1135.59 W/(m2·K)，換熱器表面溫度可認為是常數(shù)，為65.6，空氣溫度為18.3。若要求的加熱功率為8790W，試求所需換熱器的換熱面積。1-5 一電爐絲，溫度為847，長1.5m，直徑為2mm，表面發(fā)射率為0.95。試計算電爐絲的輻射功率。1-6 夏天，停放的汽車其表面的溫度通常平均達4050。設(shè)為45，表面發(fā)射率為0.90，求車子頂面單位面積發(fā)射的輻射功率。1

3、-7 某鍋爐爐墻，內(nèi)層是厚7.5cm、 = 1.10W/(m·K)的耐火磚，外層是厚0.64cm、 = 39W/(m·K)的鋼板，且在每平方米的爐墻表面上有18只直徑為1.9cm的螺栓 = 39W/(m·K)。假定爐墻內(nèi)、外表面溫度均勻，內(nèi)表面溫度為920K，爐外是300K的空氣，爐墻外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為68 W/(m2 ·K)，求爐墻的總熱阻和熱流密度。1-8 有一厚度為 = 400mm的房屋外墻，熱導(dǎo)率為 = 0.5W/(m·K)。冬季室內(nèi)空氣溫度為t1 = 20，和墻內(nèi)壁面之間對流傳熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h1 = 4 W/(m2 ·

4、;K)。室外空氣溫度為t2 = 10，和外墻之間對流傳熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h2 = 6W/(m2 ·K)。如果不考慮熱輻射，試求通過墻壁的傳熱系數(shù)、單位面積的傳熱量和內(nèi)、外壁面溫度。1-9 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2.60×10-2 W/(m ·K)。室內(nèi)空氣溫度為25，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20 W/(m2 ·K)；室外溫度為10，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15 W/(m2 ·K)。試計算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與單層玻璃窗相比較。假定在兩種

5、情況下室內(nèi)、外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。第2章導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)習題2-1 一直徑為do，單位體積內(nèi)熱源的生成熱的實心長圓柱體，向溫度為t的流體散熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為ho，試列出圓柱體中穩(wěn)態(tài)溫度場的微分方程式及定解條件。2-2 金屬實心長棒通電加熱，單位長度的熱功率等于l（單位是W/m），材料的導(dǎo)熱系數(shù)，表面發(fā)射率、周圍氣體溫度為tf，輻射環(huán)境溫度為Tsur，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h均已知，棒的初始溫度為t0。試給出此導(dǎo)熱問題的數(shù)學描述。2-3 試用傅里葉定律直接積分的方法，求平壁、長圓筒壁及球壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱下的熱流量表達式及各壁內(nèi)的溫度分布。2-4 某房間的磚墻高3m、寬4m、厚0.25m，墻內(nèi)、外

6、表面溫度為15和-5，已知磚的導(dǎo)熱系數(shù) = 0.7W/(m·K)，試求通過磚墻的散熱量？2-5 一爐壁由耐火磚和低碳鋼板組成，磚的厚度d1 = 7.5cm，導(dǎo)熱系數(shù)l1 = 1.1W/(m·)，鋼板的厚度d2 = 6.4cm，導(dǎo)熱系數(shù)l2 = 39W/(m·)。磚的內(nèi)表面溫度tw1 = 647，鋼板的外表面溫度tw2 = 137。（1）試求每平方米爐壁通過的熱流量；（2）若每平方米壁面有18個直徑為1.9cm的鋼螺栓（l = 39W/(m·)）穿過，試求這時熱流量增加的百分率。2-6 平壁表面溫度tw1 = 450，采用石棉作為保溫層材料， = 0.09

7、4 + 0.000125，保溫層外表面溫度為tw2 = 50，若要求熱損失不超過340W/m2，問保溫層的厚度應(yīng)為多少？ 圖2-32 習題2-7附圖2-7 在如圖2-32所示的平板導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置中，試件厚度遠小于直徑d。由于安裝制造不好，試件與冷、熱表面之間存在著一厚度為=0.1mm 的空氣隙。設(shè)熱表面溫度t1 = 180 ，冷表面溫度t2 = 30 ，空氣隙的導(dǎo)熱系數(shù)可分別按t1、t2查取。試計算空氣隙的存在給導(dǎo)熱系數(shù)的測定帶來的誤差。通過空氣隙的輻射傳熱可以忽略不計。（ = 58.2W，d = 120mm )   2-8 一鋁板將熱水和冷水隔開，鋁板兩側(cè)面的溫度分別維持 90和

8、 70不變，板厚 10mm，并可認為是無限大平壁。0時鋁板的導(dǎo)熱系數(shù) = 35.5 W/(m·K)，100時 = 34.3 W/(m·K)，并假定在此溫度范圍內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)是溫度的線性函數(shù)。試計算熱流密度，板兩側(cè)的溫度為50和30時，熱流密度是否有變化？2-9 厚度為20mm的平面墻的導(dǎo)熱系數(shù)為1.3 W/(m·K)。為使通過該墻的熱流密度q不超過 1830W/m2，在外側(cè)敷一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.25 W/(m·K)的保溫材料。當復(fù)合壁的內(nèi)、外壁溫度分別為1300和50時，試確定保溫層的厚度。2-10、某大平壁厚為25mm，面積為0.1m2，一側(cè)面溫度保持38，

9、另一側(cè)面保持94。通過材料的熱流量為1 kW時，材料中心面的溫度為60。試求出材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化的線性函數(shù)關(guān)系式？2-11 參看圖2-33，一鋼筋混凝土空斗墻，鋼筋混凝土的導(dǎo)熱系數(shù) =1.53W/(m·K)，空氣層的當量導(dǎo)熱系數(shù) = 0.742W/(m·K)。試求該空斗墻的單位面積的導(dǎo)熱熱阻。圖2-33 習題2-11附圖 2-12 蒸汽管道的內(nèi)、外直徑分別為160mm和170mm，管壁導(dǎo)熱系數(shù)l = 58W/(m·K)，管外覆蓋兩層保溫材料：第一層厚度d2 = 30mm、導(dǎo)熱系數(shù)l2 = 0.093W/(m·K)；第二層d3 = 40mm、導(dǎo)熱系數(shù)

10、l3 = 0.17W/(m·K)。蒸汽管的內(nèi)表面溫度tw1 = 300，保溫層外表面溫度tw4 = 50。試求(1)各層熱阻，并比較其大??；(2)單位長蒸汽管的熱損失；(3)各層之間的接觸面溫度tw2和tw3。2-13 一外徑為100mm，內(nèi)徑為85mm的蒸汽管道，管材的導(dǎo)熱系數(shù)l = 40W/(m·K)，其內(nèi)表面溫度為180，若采用l = 0.053W/(m·K)的保溫材料進行保溫，并要求保溫層外表面溫度不高于40，蒸汽管允許的熱損失ql =52.3W/m。問保溫材料層厚度應(yīng)為多少？2-14 一根直徑為3mm 的銅導(dǎo)線，每米長的電阻為2.22×10-3

11、。導(dǎo)線外包有厚 1mm 、導(dǎo)熱系數(shù)0.15W/(m·K)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為65，最低溫度0，試確定這種條件下導(dǎo)線中允許通過的最大電流。2-15 用球壁導(dǎo)熱儀測定型砂的導(dǎo)熱系數(shù)。兩同心空心球殼直徑分別為d1 = 75mm，d2 = 150mm，兩球殼間緊實地充填了型砂。穩(wěn)態(tài)時，測得內(nèi)、外表面溫度分別為t1 = 52.8，t2 = 47.3，加熱的電流 I = 0.124A，電壓 U = 15V，求型砂的導(dǎo)熱系數(shù)。2-16 測定儲氣罐空氣溫度的水銀溫度計測溫套管用鋼制成，厚度d = 15mm，長度l = 20mm，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)l = 48.5W/(m·K)，溫度計

12、示出套管端部的溫度為84，套管的另一端與儲氣罐連接處的溫度為40。已知套管和罐中空氣之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h = 20W/(m2·K)，試求由于套管導(dǎo)熱所引起的測溫誤差。2-17 同上題，若改用不銹鋼套管，厚度d = 0.8mm，長度l = 160mm，套管與儲氣罐連接處予以保溫使其溫度為60，試求測溫誤差為多少？2-18 截面為矩形的冷空氣通道，外形尺寸為3×2.2m2，通道墻厚度均為0.3m，已知墻體的導(dǎo)熱系數(shù)l = 0.56W/(m·K)，內(nèi)、外墻表面溫度均勻，分別為0和30，試求每米長冷空氣通道的冷量損失。圖2-34習題2-20附圖2-19 直徑為30mm、長

13、為100mm的鋼桿，導(dǎo)熱系數(shù) = 49W/(m·K)，將其置于恒溫的流體中，流體溫度tf = 20，桿的一端保持恒定的200（流體與此端面不接觸），流體對桿的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20 W/(m2·K)，試計算離端頭50mm處的溫度。圖2-35 習題2-21附圖2-20 過熱蒸汽在外徑為 127mm 的鋼管內(nèi)流過，測蒸汽溫度套管的布置如圖2-34所示。已知套管外徑d = 15mm ，厚度 = 0.9mm ，導(dǎo)熱系數(shù) = 49.1W/(m·K)。蒸汽與套管間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h = 105 W/(m2·K)。為使測溫誤差小于蒸汽與鋼管壁溫度差的 0.6%，試確定套管

14、應(yīng)有的長度。2-21 用一柱體模擬燃汽輪機葉片的散熱過程。柱長9cm、周界為7.6cm、截面為 1.95cm2，柱體的一端被冷卻到305（見圖2-35）。815 的高溫燃氣吹過該柱體，假設(shè)表面上各處的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是均勻為28 W/(m2·K)，柱體導(dǎo)熱系數(shù) = 55 W/(m·K)，肋端絕熱。試求： （1）計算該柱體中間截面上的平均溫度及柱體中的最高溫度；（2）冷卻介質(zhì)所帶走的熱量。2-22 兩塊厚5mm的鋁板，粗糙度都是2.54µm，用螺栓連接，接觸壓力為2MPa，通過兩塊鋁板的總溫差為80。已知鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為180W/(m·K)，試計算接觸面上的溫度

15、差。第3章 非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)習題3-1 一熱電偶的熱結(jié)點直徑為0.15mm，材料的比熱容為420J/(kg·K)，密度為8400kg/m3，熱電偶與流體之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為58W/(m2·K)和126W/(m2·K)，計算熱電偶在這兩種情形的時間常數(shù)。3-2 熱電偶的熱結(jié)點近似認為是直徑為0.5mm的球形，熱電偶材料的r = 8930kg/m3，c = 400J/(kg·K)。熱電偶的初始溫度為25，突然將其放入120的氣流中，熱電偶表面與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h = 95W/(m2·K)，試求熱電偶的過余溫度達到初始過余溫度的1%時所需的時間為

16、多少？這時熱電偶的指示溫度為多少？3-3 將初始溫度為80，直徑為20mm的紫銅棒，突然橫置于氣溫為20，流速為12m/s的風道中，5min后紫銅棒表面溫度降為34。已知紫銅的密度r = 8954kg/m3，c = 383.1J/kg·K，l =386W/(m·K)，試求紫銅棒與氣體之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。3-4 有兩塊同樣材料的平壁A和B，已知A的厚度為B的兩倍，兩平壁從同一高溫爐中取出置于冷流體中淬火，流體與平壁表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)近似認為是無限大。已知B平壁中心點的過余溫度下降到初始過余溫度的一半需要12min，問平壁A達到同樣的溫度需要多少時間？3-5 內(nèi)熱阻相對于外熱阻

17、很?。˙i < 0.1）的物體被溫度為tf的常溫介質(zhì)所冷卻。物體的初始溫度為ti，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不知道，只知道t1時刻物體的溫度為t1。試求該物體溫度隨時間的變化關(guān)系。3-6 一厚度為0.2m的鋼板受到常熱流密度q = 10kW/m2的熱流加熱，如鋼板初始溫度為20，已知鋼材導(dǎo)熱系數(shù)l = 48.5W/(m·K)，a = 12.7×10-6m2/s，試問4min后鋼板表面溫度為多少？距表面0.1m處溫度為多少？3-7 一長水泥桿，初始溫度為7，直徑為250mm，空氣與水泥桿之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為10 W/(m2·K)，水泥桿的導(dǎo)熱系數(shù)l = 1.4W/(m

18、83;K)，a = 7×10-7m2/s。當周圍空氣溫度突然下降到-4時，試問8小時后桿中心的溫度為多少？3-8 一塊360mm×240mm×100mm的肉，初始溫度為30，將其放入-5冰箱中冷藏，冰箱中的相當表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h = 25W/(m2·K)，若已知肉的l = 0.55W/(m·K)，a = 1.28×10-7m2/s，問肉中心的溫度達到5需要多少時間？3-9 一直徑為150mm的混凝土圓柱，長為300mm，初始溫度25，已知混凝土的l = 1.37W/(m·K)，a = 7×10-7m2/s， 若把圓柱放

19、在0的大氣環(huán)境中冷卻，圓柱表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h = 15W/(m2·K)，試計算中心溫度冷卻到5需要多少時間。3-10 一初始溫度為25的正方形人造木塊被置于425的環(huán)境中，設(shè)木塊的6個表面均可受到加熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h = 6.5 W/(m2·K)，經(jīng)過4小時50分24秒后，木塊局部地區(qū)開始著火。試推算此種材料的著火溫度。已知木塊的邊長0.1m，材料是各向同性的， = 0.65W/(m·K)， = 810kg /m3，c = 2550J/(kg·K)。第4章 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題的數(shù)值解法習 題圖4-7 習題4-4附圖4-1 試證絕熱邊界面上節(jié)點(i, j)

20、的溫度離散方程為4-2 試證對流傳熱邊界條件，即已知h和tf時，兩壁面垂直相交外拐角點的離散方程為圖4-8 習題4-5附圖4-3 一尺寸為240×400 mm2的薄矩形板，已知各邊界表面的條件為：左側(cè)邊界面為絕熱；右側(cè)邊界面為第三類邊界條件：h = 40W/(m2×K)，tf = 25；上側(cè)面邊界為第一類邊界條件，已知溫度為200；下側(cè)面邊界為第二類邊界條件，已知熱流密度q = 1500 W/m2。已知薄板材料的導(dǎo)熱系數(shù)l = 45W/(m·K)，按Dx = Dy = 80mm的步長劃分網(wǎng)格，試計算該薄矩形板中的穩(wěn)態(tài)溫度分布。4-4 如圖4-7所示的二維物體的導(dǎo)熱

21、系數(shù)為10W/(m·K)，上表面溫度為500，左表面溫度為100，右表面和下表面與氣體接觸，tf = 100，h = 10W/(m2·K)，試求節(jié)點1至9的溫度。4-5 煙道墻采用導(dǎo)熱系數(shù)l = 1.2W/(m·K)的材料砌成，如圖4-8所示。墻內(nèi)、外壁面溫度分別為650、150，試用差分法計算墻體的溫度分布。第5章習題5-1 溫度為50，壓力為1.01325×105Pa的空氣，平行掠過一塊表面溫度為100的平板上表面，平板下表面絕熱。平板沿流動方向長度為0.2m，寬度為0.1m。按平板長度計算的Re數(shù)為4×104。試確定平板表面與空氣間的表面

22、傳熱系數(shù)和傳熱量。5-2 壓力為1.01325×105Pa、溫度為30的空氣以45m/s的速度掠過長為0.6m、壁溫為250的平板，試計算單位寬度的平板傳給空氣的總熱量。5-3 溫度為27的空氣流過長1m的平板，風速為10m/s，畫出局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沿板長的變化曲線，并求出全板的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。5-4 壓力為大氣壓的20的空氣，縱向流過一塊長320mm、溫度為40的平板，流速為10m/s。求離平板前緣50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、320mm處的流動邊界層和熱邊界層的厚度。5-5 題4中如平板的寬度為1m，求平板與空氣的換熱量。5-6 對于流體

23、外掠平板的流動，試利用數(shù)量級分析的方法，從動量方程引出邊界層厚度的如下變化關(guān)系式：。5-7 對于油、空氣及液態(tài)金屬，分別有、。試就外掠等溫平板的層流邊界層流動，畫出三種流體邊界層中速度分布與溫度分布的大致圖像（要能顯示出與t的相對大小）。5-8. 溫度為80的平板置于來流溫度為20的氣流中，假設(shè)平板表面上某點在垂直于壁面方向的溫度梯度為40/mm，試確定該處的熱流密度。圖5-9 習題10附圖5-9 取外掠平板邊界層的流動由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)（Rec）為5×105，試計算25的空氣、水及14號潤滑油達到Rec數(shù)時所需的平板長度，取u = 1m/s。5-10 試通過對外掠平板的邊

24、界層動量方程式沿y方向作積分（從y = 0到y(tǒng) ）（如圖5-9所示），導(dǎo)出下列邊界層的動量積分方程。提示：在邊界層外邊界上v 0。5-11 在一摩托車引擎的殼體上有一條高2cm、長12cm的散熱片（長度方向系與車身平行）。散熱片的表面溫度為150。如果車子在20的環(huán)境中逆風前進，車速為30km/h，而風速為2m/s，試計算此時肋片的散熱量（車速與風速平行）。第6章單相對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式習題6-1 試用量綱分析方法證明，恒壁溫情況下導(dǎo)出的Nu = f (Gr, Re)的關(guān)系式對于恒熱流邊界條件也是合適的，只是此時Gr數(shù)應(yīng)定義為。6-2 對于常物性流體橫向掠過管束時的對流傳熱，當流動方向上的排數(shù)

25、大于10時，實驗發(fā)現(xiàn)，管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h取決于下列因素：流體速度u、流體物性、cp、，幾何參數(shù)d、s1、s2。試用量綱分析方法證明，此時的對流傳熱關(guān)系式可以整理成為圖6-17 習題3附圖（l = 0.5m）Nu = f (Re, Pr, s1/d, s2/d)6-3 對于空氣橫掠如圖6-17所示的正方形截面柱體的情形，有人通過試驗測得了下列數(shù)據(jù)：u1 = 15m/s，h = 40W/(m2·K)，u2 =20m/s，h = 50W/(m2·K)，其中h為平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。對于形狀相似但l = 1m的柱體，試確定當空氣流速為15m/s及20m/s時的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。設(shè)

26、在所討論的情況下空氣的對流傳熱準則方程具有以下形式：Nu =CRenPrm四種情形下定性溫度之值均相同。特征長度為l。6-4 有人曾經(jīng)給出下列流體外掠正方形柱體（其一個面與來流方向垂直）的傳熱數(shù)據(jù)：NuRePr4150002.2125200003.9117410000.7202900000.7采用Nu =CRenPrm的關(guān)系式來整理數(shù)據(jù)并取m = 1/3，試確定其中的常數(shù)C和指數(shù)n。在上述Re及Pr數(shù)的范圍內(nèi)，當方形柱體的截面對角線與來流方向平行時，可否用此式進行計算，為什么？6-5 在一臺縮小成為實物1/8的模型中，用20的空氣來模擬實物中平均溫度為200空氣的加熱過程。實物中空氣的平均流速

27、為6.03m/s，問模型中的流速應(yīng)為多少？若模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為195W/(m2·K)，求相應(yīng)實物中的值。在這一實驗中，模型與實物中流體的Pr數(shù)并不嚴格相等，你認為這樣的模化試驗有無實用價值？6-6 為了用實驗的方法確定直徑d = 400mm的鋼棒熱導(dǎo)率 = 42 W/(m·K)，熱擴散率a = 1.18×10-5 m2/s，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h = 116W/(m2·K)放入爐內(nèi)時間 = 2.5h時的溫度分布，現(xiàn)用幾何形狀相似的合金鋼棒m = 16 W/(m·K)，am = 0.53×10-5 m2/s，hm = 150W/(m2&

28、#183;K)在不大的爐中加熱。求模型的直徑dm和模型放入爐內(nèi)多少時間后測量模型中的溫度分布。6-7 現(xiàn)用模型來研究某變壓器油冷卻系統(tǒng)的傳熱性能。假如基本的傳熱機理是圓管內(nèi)強制對流傳熱，變壓器原耗散100kW的熱流量。變壓器油的 = 131.5×10-3W/(m·K)，Pr = 80。模型的直徑為0.5cm，線性尺寸為變壓器的1/20，表面積為變壓器的1/400。模型和變壓器中的平均溫差相同，模型用乙二醇作流體，雷諾數(shù)Re = 2200。乙二醇的 = 256×10-3W/(m·K)，Pr = 80， = 0.868×10-5 m2/s。試確定模

29、型中的能耗率（散熱熱流量）和流速。6-8 一個正方形（10mm×10mm）硅芯片的一側(cè)絕緣，另一側(cè)用u = 20m/s和T = 24的常壓平行空氣流冷卻。在使用過程中，芯片內(nèi)部的電功耗使冷卻表面上具有恒定的熱流密度。如果要求芯片表面上任意點的溫度都不超過80，最大允許的功率是多少？如果該芯片安裝在襯底上，且上表面與襯底表面平齊，襯底構(gòu)成了20mm的非加熱起始段，則最大允許的功率是多少？6-9 一個用電的空氣加熱器由一組水平放置的薄金屬片陣列構(gòu)成，空氣平行流過這些金屬片的頂部，它們沿氣流方向上的長度均為10mm。每塊金屬片的寬度均為0.2m，共有25塊金屬片依次排列，形成一個連續(xù)且光滑

30、的表面，空氣以2m/s的速度流過該表面。在運行過程中每一個金屬片均處于500，而空氣則處于25。（1）第一塊金屬片上的對流散熱速率是多少？第五塊呢？第十塊呢？其它所有的金屬塊呢？（2）在空氣流速分別為2m/s、5m/s及10m/s時，確定（1）中所有位置處的對流傳熱速率。用表或條線圖的形式表示結(jié)果。（3）重復(fù)（2），但此時整個金屬片陣列上的流動都是湍流。6-10 考慮20的水以2m/s的速度平行流過一塊長為1m的等溫平板。（1）畫出對應(yīng)于臨界雷諾數(shù)分別為5×105、3×105和0（流動為完全湍流）的三種流動條件下局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hx沿板距的變化。（2）畫出（1）中三種條件下

31、平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨距離的變化。（3）（1）中三種流動條件下整個平板的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別是多少？6-11 用一根沒有隔熱的蒸汽管道將高溫蒸汽從一棟建筑輸送到另一棟建筑。管道直徑為0.5m，表面溫度為150，并暴露于-10的環(huán)境空氣?？諝庖?m/s的速度橫向流過管道。（1）單位管長上的熱損失是多少？（2）討論用硬質(zhì)聚氨酯泡沫m = 0.026 W/(m·K)對管道進行隔熱的效果。在0mm 50mm范圍內(nèi)計算并畫出熱損失隨隔熱層厚度的變化。6-12 一個直徑D = 10mm的長圓柱形電加熱元件的熱導(dǎo)率 = 240 W/(m·K)、密度 = 2700kg/m3、比熱容cp = 9

32、00J/(kg·K)，將它安裝在一個管道中，溫度和速度分別為27和10m/s的空氣橫向流過該加熱器。（1）忽略輻射，計算單位長度加熱器的電功耗為1000W/m時加熱器的穩(wěn)態(tài)表面溫度。（2）如果加熱器在初始溫度為27時啟動，計算表面溫度達到與其穩(wěn)態(tài)值相差10以內(nèi)所需的時間。圖6-18 習題16附圖（部分肋片未畫出）6-13 用熱線風速儀測定氣流速度的試驗中，將直徑為0.1mm的電熱絲與來流方向垂直放置，來流溫度為25，電熱絲溫度為55，測得電熱絲功率為20W/m。假定除對流外其它熱損失可忽略不計。試確定此時的來流速度。6-14 兩個標準大氣壓、溫度為200的空氣，以u = 10m/s的

33、流速流入內(nèi)徑d = 2.54cm的管內(nèi)被加熱。壁溫比空氣溫度高20。若管長為3m，試求通過管子的換熱量和空氣出口溫度。6-15 在一個預(yù)熱器中通過在管束內(nèi)冷凝100的蒸汽來加熱入口壓力和溫度分別為1atm和25的空氣?？諝庖?m/s的速度橫向流過管束，每根管子均為1m長、外徑為10mm。管束由196根管子構(gòu)成正方形順排陣列，有S1 = S2 =15mm。對空氣的總的傳熱系數(shù)是多少？6-16 如圖6-18所示，一股冷空氣橫向吹過一組圓形截面的直肋。已知：最小截面處的空氣流速為3.8m/s，氣流溫度tf =35；肋片的平均表面溫度為65，導(dǎo)熱系數(shù)為98W/(m·K)，肋根溫度維持定值；S

34、1/d = S2/d = 2，d = 10mm。為有效地利用金屬，規(guī)定肋片的mH值不應(yīng)大于1.5，試計算此時肋片應(yīng)多高？在流動方向上的排數(shù)大于10。6-17 某鍋爐廠生產(chǎn)的220 t/h高壓鍋爐，其低溫段空氣預(yù)熱器的設(shè)計參數(shù)為：叉排布置，S1=76mm，S2 = 44mm，管子為40mm ×1.5mm，平均溫度為150的空氣橫向沖刷管束，流動方向的總排數(shù)為44。在管排中心線截面上的空氣流速（即最小截面上的流速）為6. 03m/s。試確定管束與空氣間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。管壁平均溫度為185。6-18 油冷卻器中的順排管束由外徑為2cm的管子組成。水橫掠管束，在水流方向上管排數(shù)為10，管

35、束的S1/do = S2/do= 1.25。高溫油在管內(nèi)流動，管子外表面溫度為50，冷卻水溫度為30，管間最窄處的質(zhì)流密度為4kg/(m2·s)。試求管外的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。6-19 90的水蒸氣在叉排管束的管內(nèi)凝結(jié)，橫掠管束的空氣從15被加熱到45。管子外徑為12mm，管束縱向間距S2 = 18mm，橫向間距S1 = 36mm。橫掠管束前空氣的質(zhì)流密度為11kg/(m2·s)。求沿氣流方向的管排數(shù)。6-20 空氣橫掠一光滑管束空氣預(yù)熱器。已知管束有22排，每排24根管；管子外徑為25mm，管長為1.2m；管束叉排布置，管子間距S1 = 50mm，S2 = 38mm；管壁溫

36、度為100；空氣最大流速umax = 6m/s，平均溫度為30。試求表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)以及熱流量。6-21 水平放置的蒸汽管道，保溫層外徑do = 383mm，壁溫tw = 48，周圍空氣溫度t = 23。試計算保溫層外壁的對流散熱量。6-22 大氣壓下30的空氣以30cm/s的平均速度通過長0.5m、直徑為20mm的橫管。若管壁溫度維持130，試計算對流傳熱系數(shù)。6-23 一塊寬0.1m、高0.18m的薄平板豎直地置于溫度為20的大房間中，平板通電加熱，功率為100W。平板表面噴涂了反射率很高的涂層，試確定在此條件下平板的最高壁面溫度。6-24 溫度分別為100和40、面積均為0.5×0

37、.5m2兩豎壁，形成厚 = 15mm的豎直空氣夾層。試計算通過空氣夾層的自然對流傳熱量。第7章相變對流傳熱習題7-1 飽和水蒸氣在高度L = 1.5m的豎直管外表面上作層流膜狀凝結(jié)。水蒸氣壓力為p = 2.5´105Pa，管子表面溫度為123，試利用努塞爾分析解計算離開管頂0.1m、0.3m、0.5m、0.8m及1.1m處的液膜厚度和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。7-2 大氣壓力下飽和蒸汽在70的垂直壁面上凝結(jié)放熱，壁面高1.3m、寬0.5m，求每小時的傳熱量及凝結(jié)水量。7-3 立式氨冷凝器由外徑為50mm的鋼管制成。鋼管外表面溫度為25，冷凝溫度為30，要求每根管子的氨凝結(jié)量為0.009kg/

38、s，試確定每根管的長度。7-4 一豎管，管長為管徑的64倍。為使管子豎放與水平放置時的凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相等，必須在豎管上安裝多少個泄液盤？設(shè)相鄰泄液盤之間的距離相等。7-5 一房間內(nèi)空氣溫度為25，相對濕度為75%。一根外徑為30mm，外壁平均溫度為15的水平管道自房間穿過?？諝庵械乃魵庠诠芡獗诿姘l(fā)生膜狀凝結(jié)，假定不考慮傳質(zhì)的影響。試計算每米管子的凝結(jié)傳熱量。并將這一結(jié)果作分析：與實際情況相比，這一結(jié)果是偏高還是偏低？7-6 試分析：液體在一定壓力下作大容器飽和沸騰時，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h增加一倍，壁面過熱度應(yīng)增加多少倍？如果同一液體作單相湍流強制對流傳熱（湍流充分發(fā)展），為使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h增加一

39、倍，流速應(yīng)增加多少倍？這時流體的驅(qū)動功率將增加多少倍？7-7 直徑為5mm，長度為100mm的機械拋光不銹鋼薄壁管，被置于壓力為1.013×105Pa的水容器中，水溫已接近飽和溫度。對該不銹鋼管兩端通電以作為加熱表面，試計算當加熱功率為1.9W和100W時，水與鋼管表面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。7-8 試計算當水在月球上、并在105Pa、10×105Pa壓力下作大容器飽和沸騰時，核態(tài)沸騰的最大熱流密度比地球上的相應(yīng)數(shù)值小多少？（月球上的重力加速度為地球的1/6）第8章熱輻射與輻射傳熱的計算習題圖8-46 習題8-3圖 8-1 已知材料A、B的光譜吸收比a(l)與波長的關(guān)系如圖8-4

40、5所示，試估計這兩種材料的發(fā)射率e隨溫度變化的特性，并說明理由。圖8-45 習題8-1圖 8-2 一爐膛內(nèi)火焰的平均溫度為1500K，爐墻上有一直徑為20cm的看火孔（可視為黑體）。試計算當看火孔打開時向外輻射的功率。該輻射能中波長為2mm的輻射力是多少？哪一種波長下的輻射能量最多？8-3 一漫射表面在某一溫度下的單色輻射力與波長的關(guān)系如圖8-46所示，試：（1）計算此時的輻射力；（2）計算此時法線方向的定向輻射強度。8-4 有一塊厚度為3mm的玻璃，經(jīng)測定，其對波長為0.3 2.52mm的輻射能的穿透率為0.9，而對其它波長的輻射能可以認為完全不穿透。試據(jù)此計算溫度為5800K的黑體輻射及溫

41、度為300K的黑體輻射投射到該玻璃上時各自的穿透率。8-5 面積為A1 = 4×10-4m2，溫度為T1 = 1000K的漫射表面向半球空間發(fā)出熱輻射，在與輻射表面法向成45°方向、距離為1m處安置一直徑為20mm的熱流計探頭，測得該處的熱流為1.2×0-3W，探頭表面的吸收比取1。試確定輻射表面的黑度。8-6 兩塊平行放置灰體平板的表面黑度為0.8，溫度分別為t1 = 527及t2 = 27，板間距遠小于板的寬度和高度。試計算：（1）板1的本身輻射；（2）對板1的投入輻射；（3）板1的反射輻射；（4）板1的有效輻射；（5）板2的有效輻射；（6）板1、2間的輻射傳

42、熱量。8-7 設(shè)熱水瓶的瓶膽可以看作直徑10cm、高26cm的圓柱體，夾層抽真空，其表面黑度為0.05。試估算沸水剛沖入水瓶后，初始時刻水溫的平均下降速率。夾層兩壁溫可以近似的取為100和20。8-8 一直徑為0.8m的薄壁球形液氧儲存容器，被另一個直徑為1.2m的同心薄壁容器所包圍。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，如果外表面的溫度為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2.13×105J/kg。8-9 兩個相距1m、直徑為2m的平行放置的圓盤，相對表面溫度分別為t1 = 500、t2 = 200，發(fā)射率分別為e1 = 0.3、e2 = 0.6，圓盤另外兩個表面的換熱忽略不計。試確定下列兩種情況下每個圓盤的凈輻射傳熱量：（1）兩圓盤被放置于t3 = 20的大房間中； （2）兩圓盤被放置于一絕熱空腔中。8-10 兩漫灰平行平板間存在著輻射傳熱，并保持表面溫度T1T2，表面發(fā)射率分別為e1、e2。為減少兩板間的輻射熱流，用一個兩側(cè)面發(fā)射率不同的薄遮熱板將兩板隔開。試問：（1）為使兩板之間的輻射傳熱有最大的減少，遮熱板應(yīng)如何放置？即應(yīng)將該發(fā)射率小的還