傳熱學(xué)習(xí)題--5

1、第1章緒論習(xí)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(zhǎng)和寬分別為11m和8m，厚為0.2m。在冬季，上下表面的標(biāo)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(guò)地面的熱損失率是多少？如果采用效率為f = 0.90的燃?xì)鉅t對(duì)地下室供暖，且天然氣的價(jià)格為Cg = $0.01/MJ，每天由熱損失造成的費(fèi)用是多少？1-3 空氣在一根內(nèi)徑50mm，長(zhǎng)2.5m的管子內(nèi)流動(dòng)并被加熱，已知空氣平均溫度為8

2、0，管內(nèi)對(duì)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(dòng)的空氣流過(guò)室內(nèi)加熱設(shè)備的一個(gè)對(duì)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(rèn)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(zhǎng)1.5m，直徑為2mm，表面發(fā)射率為0.95。試計(jì)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(dá)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(duì)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(duì)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(guò)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(jì)算通過(guò)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(xí)題2-1 一直徑為do，單位體積內(nèi)熱源的生成熱的實(shí)心長(zhǎng)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(chǎng)的微分方程式及定解條件。2-2 金屬實(shí)心長(zhǎng)棒通電加熱，單位長(zhǎng)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(wèn)題的數(shù)學(xué)描述。2-3 試用傅里葉定律直接積分的方法，求平壁、長(zhǎng)圓筒壁及球壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱下的熱流量表達(dá)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(guò)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(guò)的熱流量；（2）若每平方米壁面有18個(gè)直徑為1.9cm的鋼螺栓（l = 39W/(m·)）穿過(guò)，試求這時(shí)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(guò)340W/m2，問(wèn)保溫層的厚度應(yīng)為多少？ 圖2-32 習(xí)題2-7附圖2-7 在如圖2-32所示的平板導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置中，試件厚度遠(yuǎn)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(jì)算空氣隙的存在給導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定帶來(lái)的誤差。通過(guò)空氣隙的輻射傳熱可以忽略不計(jì)。（ = 58.2W，d = 120mm )   2-8 一鋁板將熱水和冷水隔開(kāi)，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(rèn)為是無(wú)限大平壁。0時(shí)鋁板的導(dǎo)熱系數(shù) = 35.5 W/(m·K)，100時(shí) = 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(jì)算熱流密度，板兩側(cè)的溫度為50和30時(shí)，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(guò)該墻的熱流密度q不超過(guò) 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(dāng)復(fù)合壁的內(nèi)、外壁溫度分別為1300和50時(shí)，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(guò)材料的熱流量為1 kW時(shí)，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(dāng)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(xí)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，并比較其大小；(2)單位長(zhǎng)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(jìn)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(wèn)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(zhǎng)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(guò)的最大電流。2-15 用球壁導(dǎo)熱儀測(cè)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(shí)地充填了型砂。穩(wěn)態(tài)時(shí)，測(cè)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(cè)定儲(chǔ)氣罐空氣溫度的水銀溫度計(jì)測(cè)溫套管用鋼制成，厚度d = 15mm，長(zhǎng)度l = 20mm，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)l = 48.5W/(m·K)，溫度計(jì)

12、示出套管端部的溫度為84，套管的另一端與儲(chǔ)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(cè)溫誤差。2-17 同上題，若改用不銹鋼套管，厚度d = 0.8mm，長(zhǎng)度l = 160mm，套管與儲(chǔ)氣罐連接處予以保溫使其溫度為60，試求測(cè)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(zhǎng)冷空氣通道的冷量損失。圖2-34習(xí)題2-20附圖2-19 直徑為30mm、長(zhǎng)

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(duì)桿的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20 W/(m2·K)，試計(jì)算離端頭50mm處的溫度。圖2-35 習(xí)題2-21附圖2-20 過(guò)熱蒸汽在外徑為 127mm 的鋼管內(nèi)流過(guò)，測(cè)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(cè)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(zhǎng)度。2-21 用一柱體模擬燃汽輪機(jī)葉片的散熱過(guò)程。柱長(zhǎng)9cm、周界為7.6cm、截面為 1.95cm2，柱體的一端被冷卻到305（見(jiàn)圖2-35）。815 的高溫燃?xì)獯颠^(guò)該柱體，假設(shè)表面上各處的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是均勻?yàn)?8 W/(m2·K)，柱體導(dǎo)熱系數(shù) = 55 W/(m·K)，肋端絕熱。試求： （1）計(jì)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(guò)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(jì)算接觸面上的溫度

15、差。第3章 非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)習(xí)題3-1 一熱電偶的熱結(jié)點(diǎn)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(jì)算熱電偶在這兩種情形的時(shí)間常數(shù)。3-2 熱電偶的熱結(jié)點(diǎn)近似認(rèn)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(guò)余溫度達(dá)到初始過(guò)余溫度的1%時(shí)所需的時(shí)間為

16、多少？這時(shí)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(fēng)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(rèn)為是無(wú)限大。已知B平壁中心點(diǎn)的過(guò)余溫度下降到初始過(guò)余溫度的一半需要12min，問(wèn)平壁A達(dá)到同樣的溫度需要多少時(shí)間？3-5 內(nèi)熱阻相對(duì)于外熱阻

17、很小（Bi < 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(shí)刻物體的溫度為t1。試求該物體溫度隨時(shí)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(wèn)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(zhǎng)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(dāng)周圍空氣溫度突然下降到-4時(shí)，試問(wèn)8小時(shí)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(dāng)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(wèn)肉中心的溫度達(dá)到5需要多少時(shí)間？3-9 一直徑為150mm的混凝土圓柱，長(zhǎng)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(jì)算中心溫度冷卻到5需要多少時(shí)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(gè)表面均可受到加熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h = 6.5 W/(m2·K)，經(jīng)過(guò)4小時(shí)50分24秒后，木塊局部地區(qū)開(kāi)始著火。試推算此種材料的著火溫度。已知木塊的邊長(zhǎng)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(wèn)題的數(shù)值解法習(xí) 題圖4-7 習(xí)題4-4附圖4-1 試證絕熱邊界面上節(jié)點(diǎn)(i, j)

20、的溫度離散方程為4-2 試證對(duì)流傳熱邊界條件，即已知h和tf時(shí)，兩壁面垂直相交外拐角點(diǎn)的離散方程為圖4-8 習(xí)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(zhǎng)劃分網(wǎng)格，試計(jì)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(diǎn)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(jì)算墻體的溫度分布。第5章習(xí)題5-1 溫度為50，壓力為1.01325×105Pa的空氣，平行掠過(guò)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(dòng)方向長(zhǎng)度為0.2m，寬度為0.1m。按平板長(zhǎng)度計(jì)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(guò)長(zhǎng)為0.6m、壁溫為250的平板，試計(jì)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(guò)長(zhǎng)1m的平板，風(fēng)速為10m/s，畫(huà)出局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沿板長(zhǎng)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(guò)一塊長(zhǎng)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(dòng)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(duì)于流體

23、外掠平板的流動(dòng)，試?yán)脭?shù)量級(jí)分析的方法，從動(dòng)量方程引出邊界層厚度的如下變化關(guān)系式：。5-7 對(duì)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(dòng)，畫(huà)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(duì)大?。?-8. 溫度為80的平板置于來(lái)流溫度為20的氣流中，假設(shè)平板表面上某點(diǎn)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(xí)題10附圖5-9 取外掠平板邊界層的流動(dòng)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)（Rec）為5×105，試計(jì)算25的空氣、水及14號(hào)潤(rùn)滑油達(dá)到Rec數(shù)時(shí)所需的平板長(zhǎng)度，取u = 1m/s。5-10 試通過(guò)對(duì)外掠平板的邊

24、界層動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)12cm的散熱片（長(zhǎng)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(fēng)前進(jìn)，車速為30km/h，而風(fēng)速為2m/s，試計(jì)算此時(shí)肋片的散熱量（車速與風(fēng)速平行）。第6章單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式習(xí)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(duì)于恒熱流邊界條件也是合適的，只是此時(shí)Gr數(shù)應(yīng)定義為。6-2 對(duì)于常物性流體橫向掠過(guò)管束時(shí)的對(duì)流傳熱，當(dāng)流動(dòng)方向上的排數(shù)

25、大于10時(shí)，實(shí)驗(yàn)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(shí)的對(duì)流傳熱關(guān)系式可以整理成為圖6-17 習(xí)題3附圖（l = 0.5m）Nu = f (Re, Pr, s1/d, s2/d)6-3 對(duì)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(guò)試驗(yàn)測(cè)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(duì)于形狀相似但l = 1m的柱體，試確定當(dāng)空氣流速為15m/s及20m/s時(shí)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(duì)流傳熱準(zhǔn)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(zhǎng)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(gè)面與來(lái)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(lái)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(dāng)方形柱體的截面對(duì)角線與來(lái)流方向平行時(shí)，可否用此式進(jìn)行計(jì)算，為什么？6-5 在一臺(tái)縮小成為實(shí)物1/8的模型中，用20的空氣來(lái)模擬實(shí)物中平均溫度為200空氣的加熱過(guò)程。實(shí)物中空氣的平均流速

27、為6.03m/s，問(wèn)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(shí)物中的值。在這一實(shí)驗(yàn)中，模型與實(shí)物中流體的Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等，你認(rèn)為這樣的?；囼?yàn)有無(wú)實(shí)用價(jià)值？6-6 為了用實(shí)驗(yàn)的方法確定直徑d = 400mm的鋼棒熱導(dǎo)率 = 42 W/(m·K)，熱擴(kuò)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(shí)間 = 2.5h時(shí)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(shí)間后測(cè)量模型中的溫度分布。6-7 現(xiàn)用模型來(lái)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(jī)理是圓管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)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(gè)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(guò)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(diǎn)的溫度都不超過(guò)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(gè)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(guò)這些金屬片的頂部，它們沿氣流方向上的長(zhǎng)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(gè)連續(xù)且光滑

30、的表面，空氣以2m/s的速度流過(guò)該表面。在運(yùn)行過(guò)程中每一個(gè)金屬片均處于500，而空氣則處于25。（1）第一塊金屬片上的對(duì)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(shí)，確定（1）中所有位置處的對(duì)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(shí)整個(gè)金屬片陣列上的流動(dòng)都是湍流。6-10 考慮20的水以2m/s的速度平行流過(guò)一塊長(zhǎng)為1m的等溫平板。（1）畫(huà)出對(duì)應(yīng)于臨界雷諾數(shù)分別為5×105、3×105和0（流動(dòng)為完全湍流）的三種流動(dòng)條件下局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hx沿板距的變化。（2）畫(huà)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(dòng)條件下整個(gè)平板的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別是多少？6-11 用一根沒(méi)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(guò)管道。（1）單位管長(zhǎng)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(duì)管道進(jìn)行隔熱的效果。在0mm 50mm范圍內(nèi)計(jì)算并畫(huà)出熱損失隨隔熱層厚度的變化。6-12 一個(gè)直徑D = 10mm的長(zhǎng)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(gè)管道中，溫度和速度分別為27和10m/s的空氣橫向流過(guò)該加熱器。（1）忽略輻射，計(jì)算單位長(zhǎng)度加熱器的電功耗為1000W/m時(shí)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(shí)啟動(dòng)，計(jì)算表面溫度達(dá)到與其穩(wěn)態(tài)值相差10以內(nèi)所需的時(shí)間。圖6-18 習(xí)題16附圖（部分肋片未畫(huà)出）6-13 用熱線風(fēng)速儀測(cè)定氣流速度的試驗(yàn)中，將直徑為0.1mm的電熱絲與來(lái)流方向垂直放置，來(lái)流溫度為25，電熱絲溫度為55，測(cè)得電熱絲功率為20W/m。假定除對(duì)流外其它熱損失可忽略不計(jì)。試確定此時(shí)的來(lái)流速度。6-14 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度為200的空氣，以u(píng) = 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(zhǎng)為3m，試求通過(guò)管子的換熱量和空氣出口溫度。6-15 在一個(gè)預(yù)熱器中通過(guò)在管束內(nèi)冷凝100的蒸汽來(lái)加熱入口壓力和溫度分別為1atm和25的空氣。空氣以5m/s的速度橫向流過(guò)管束，每根管子均為1m長(zhǎng)、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(duì)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(guò)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(jì)算此時(shí)肋片應(yīng)多高？在流動(dòng)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(jì)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(dòng)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(dòng)，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(duì)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(zhǎng)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(jì)算保溫層外壁的對(duì)流散熱量。6-22 大氣壓下30的空氣以30cm/s的平均速度通過(guò)長(zhǎng)0.5m、直徑為20mm的橫管。若管壁溫度維持130，試計(jì)算對(duì)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(jì)算通過(guò)空氣夾層的自然對(duì)流傳熱量。第7章相變對(duì)流傳熱習(xí)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?yán)门麪柗治鼋庥?jì)算離開(kāi)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(shí)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(zhǎng)度。7-4 一豎管，管長(zhǎng)為管徑的64倍。為使管子豎放與水平放置時(shí)的凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相等，必須在豎管上安裝多少個(gè)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(duì)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(guò)。空氣中的水蒸氣在管外壁面發(fā)生膜狀凝結(jié)，假定不考慮傳質(zhì)的影響。試計(jì)算每米管子的凝結(jié)傳熱量。并將這一結(jié)果作分析：與實(shí)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(shí)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h增加一倍，壁面過(guò)熱度應(yīng)增加多少倍？如果同一液體作單相湍流強(qiáng)制對(duì)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(shí)流體的驅(qū)動(dòng)功率將增加多少倍？7-7 直徑為5mm，長(zhǎng)度為100mm的機(jī)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(duì)該不銹鋼管兩端通電以作為加熱表面，試計(jì)算當(dāng)加熱功率為1.9W和100W時(shí)，水與鋼管表面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。7-8 試計(jì)算當(dāng)水在月球上、并在105Pa、10×105Pa壓力下作大容器飽和沸騰時(shí)，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(jì)算習(xí)題圖8-46 習(xí)題8-3圖 8-1 已知材料A、B的光譜吸收比a(l)與波長(zhǎng)的關(guān)系如圖8-4

40、5所示，試估計(jì)這兩種材料的發(fā)射率e隨溫度變化的特性，并說(shuō)明理由。圖8-45 習(xí)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(jì)算當(dāng)看火孔打開(kāi)時(shí)向外輻射的功率。該輻射能中波長(zhǎng)為2mm的輻射力是多少？哪一種波長(zhǎng)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(zhǎng)的關(guān)系如圖8-46所示，試：（1）計(jì)算此時(shí)的輻射力；（2）計(jì)算此時(shí)法線方向的定向輻射強(qiáng)度。8-4 有一塊厚度為3mm的玻璃，經(jīng)測(cè)定，其對(duì)波長(zhǎng)為0.3 2.52mm的輻射能的穿透率為0.9，而對(duì)其它波長(zhǎng)的輻射能可以認(rèn)為完全不穿透。試據(jù)此計(jì)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(shí)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(jì)探頭，測(cè)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(yuǎn)小于板的寬度和高度。試計(jì)算：（1）板1的本身輻射；（2）對(duì)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(shí)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(chǔ)存容器，被另一個(gè)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(gè)相距1m、直徑為2m的平行放置的圓盤，相對(duì)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(gè)表面的換熱忽略不計(jì)。試確定下列兩種情況下每個(gè)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(gè)兩側(cè)面發(fā)射率不同的薄遮熱板將兩板隔開(kāi)。試問(wèn)：（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