傳熱學(xué)第四版課后題答案第九章

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第九章思考題1、試述角系數(shù)的定義?！敖窍禂?shù)是一個(gè)純幾何因子”的結(jié)論是在什么前提下得出的? 答：表面1發(fā)出的輻射能落到表面2上的份額稱(chēng)為表面對(duì)表面2的角系數(shù)。“角系數(shù)是一個(gè)純幾何因子” 的結(jié)論是在物體表面性質(zhì)及表面濕度均勻、物體輻射服從蘭貝特定律的前提下得出的。2、角系數(shù)有哪些特性?這些特性的物理背景是什么? 答：角系數(shù)有相對(duì)性、完整性和可加性。相對(duì)性是在兩物體處于熱平衡時(shí)，凈輻射換熱量為零的條件下導(dǎo)得的；完整性反映了一個(gè)由幾個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)中。任一表面所發(fā)生的輻射能必全部落到封閉系統(tǒng)的各個(gè)表面上；可加性是說(shuō)明從表面1發(fā)出而落到表面2上的總能量等于落到表面2上各部份

2、的輻射能之和。3、為什么計(jì)算個(gè)表面與外界之間的凈輻射換熱量時(shí)要采用封閉腔的模型? 答：因?yàn)槿我槐砻媾c外界的輻射換熱包括了該表面向空間各個(gè)方向發(fā)出的輻射能和從各個(gè)方向投入到該表面上的輻射能。4、實(shí)際表面系統(tǒng)與黑體系統(tǒng)相比，輻射換熱計(jì)算增加了哪些復(fù)雜性? 答：實(shí)際表面系統(tǒng)的輻射換熱存在表面間的多次重復(fù)反射和吸收，光譜輻射力不服從普朗克定律，光譜吸收比與波長(zhǎng)有關(guān)，輻射能在空間的分布不服從蘭貝特定律，這都給輻射換熱計(jì)算帶來(lái)了復(fù)雜性。5、什么是一個(gè)表面的自身輛射、投入輻射及有效輻射?有效輻射的引入對(duì)于灰體表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算有什么作用？ 答：由物體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成輻射能叫做自身輻射，投向輻射表而的輻射叫做投

3、入輻射，離開(kāi)輻射表面的輻射叫做有效輻射，有效輻射概念的引入可以避免計(jì)算輻射換熱計(jì)算時(shí)出現(xiàn)多次吸收和反射的復(fù)雜性。6、對(duì)于溫度已知的多表面系統(tǒng)，試總結(jié)求解每一表面凈輻射換熱量的基本步驟。 答：(1)畫(huà)出輻射網(wǎng)絡(luò)圖，寫(xiě)出端點(diǎn)輻射力、表面熱阻和空間熱阻；(2)寫(xiě)出由中間節(jié)點(diǎn)方程組成的方程組；(3)解方程組得到各點(diǎn)有效輻射；(4)由端點(diǎn)輻射力，有效輻射和表面熱阻計(jì)算各表面凈輻射換熱量。7、什么是輻射表面熱阻？什么是輻射空間熱阻？網(wǎng)絡(luò)法的實(shí)際作用你是怎樣認(rèn)識(shí)的？ 答：出輻射表面特性引起的熱阻稱(chēng)為輻射表面熱阻，由輻射表面形狀和空間位置引起的熱阻稱(chēng)為輻射空間熱阻，網(wǎng)絡(luò)法的實(shí)際作用是為實(shí)際物體表面之間的輻射換

4、熱描述了清晰的物理概念和提供了簡(jiǎn)潔的解題方法。8、什么是遮熱板?試根據(jù)自己的切身經(jīng)歷舉出幾個(gè)應(yīng)用遮熱板的例子。 答：所謂遮熱板是指插人兩個(gè)輻射表面之間以削弱換熱的薄板。如屋頂隔熱板、遮陽(yáng)傘都是我們生活中應(yīng)用遮熱板的例子。9、試述氣體輻射的基本特點(diǎn)。10、什么是氣體輻射的平均射線程長(zhǎng)？離開(kāi)了氣體所處的幾何空間而談?wù)摎怏w的發(fā)射率與吸熱比有沒(méi)有實(shí)際意義？11、按式（9-29）當(dāng)s很大時(shí)氣體的趨近于1.能否認(rèn)為此時(shí)的氣體層具有黑體的性質(zhì)？12、9.5.1節(jié)中關(guān)于控制表面熱阻的討論是對(duì)圖9-37所示的同心圓柱面系統(tǒng)進(jìn)行的，其結(jié)論對(duì)于像圖9-15a所示的兩表面封閉系統(tǒng)是否也成立？13、圖9-39所示的電子

5、器件機(jī)箱冷卻系統(tǒng)中，印制板上大功率元件布置在機(jī)箱出口處，試分析其原因。習(xí)題9-1、已知：一曲邊六面體的幾何條件。求：各個(gè)表面之間共有多少個(gè)角系數(shù)，其中有多少個(gè)是獨(dú)立的？解：共有6×6個(gè)角系數(shù)，其中僅有5+4+3+2+115個(gè)是獨(dú)立的。即其余的角系數(shù)均可由完整性、相對(duì)性等特性而由這15個(gè)角系數(shù)來(lái)求得。9-2、設(shè)有如附圖所示的兩個(gè)微小面積A1，A2，A1=2×104m2，A2=3×104m2。A1為漫射表面，輻射力E1=5×104W/m2。試計(jì)算由A1發(fā)出而落到A2上的輻射能。 9-3、如附圖所示，已知一微元圓盤(pán)dA1與有限大圓盤(pán)A2（直徑維D）相平行，兩中

6、心線之連線垂直于兩圓盤(pán)，且長(zhǎng)度為s。試計(jì)算Xd1,2。 =9-4、已知：如圖，微元面積與球缺。求：從角系數(shù)的積分定義出發(fā)，計(jì)算到球缺內(nèi)表面的角系數(shù)，并用兩種極限情形來(lái)檢查你所得到的公式的正確性。解：，代入上式得： = =當(dāng)時(shí)，應(yīng)有，由上式確實(shí)得出此值；當(dāng)時(shí)，應(yīng)有，由上式亦確實(shí)得出此值。9-5、已知：如圖，0.2m，0.1m，0.13m。求：解：由9-3題可知：9-6、 試用簡(jiǎn)捷方法確定本題附圖中的角系數(shù)X1,2。 9-7試確定附圖a、b中幾何結(jié)構(gòu)的角系數(shù)X1,2。 1.671.01.671.01.331.330.6670.667角系數(shù)0.190.1650.2750.255 9-8、已知：如圖a

7、、b。求：角系數(shù)。解： ·(a)查圖8-7得：0.670.671.330.67角系數(shù)0.1750.11(b)由擴(kuò)充了的可知，由于對(duì)稱(chēng)性，可得：，。9-9、已知：三根直徑為且相互平行的長(zhǎng)管成正三角形布置，中心距為。求：其中任一根管子所發(fā)出的輻射能落到其余兩管子以外區(qū)域上的百分?jǐn)?shù)。解：先研究?jī)晒茏涌梢?jiàn)的半個(gè)管子表面間的角系數(shù)。如圖所示：利用交叉線法， 將這些關(guān)系式代入并整理之，得：，其中。因而整個(gè)管子表面所發(fā)出的輻射能落到另一根管子上的百分比數(shù)為。9-10、已知：如圖。求：每一對(duì)邊的角系數(shù)、兩鄰邊的角系數(shù)及任一邊對(duì)管子的角系數(shù)。解：（1）先計(jì)算任一邊對(duì)圓管的角系數(shù)。如下圖所示：設(shè)圓管表面

8、為5，則由對(duì)稱(chēng)性知：，。（2）再計(jì)算兩鄰邊的角系數(shù)。如圖示：，（弧度），。（3）計(jì)算每一對(duì)邊角系數(shù)。如圖示：。9-11、已知：如圖。求：解：，從能量分配的觀點(diǎn)可以寫(xiě)出： ，將代入上式，并歸并之得：，查圖（8-8）得：。9-12、已知：在煤粉爐爐膛出口有4排凝渣管，其相對(duì)節(jié)距、比較大，透過(guò)前一排管子而落到后一排管子的輻射平面上的來(lái)自爐膛的火焰輻射能可認(rèn)為是均勻分布的?；鹧鎸?duì)第一排管子的角系數(shù)為。5。求：火焰對(duì)凝渣管束總的角系數(shù)是多少？火焰輻射能可以透過(guò)凝渣管束的百分?jǐn)?shù)是多少？解：根據(jù)表中數(shù)據(jù)，算得落到前四排管子表面上的總能量為：，管排投入到該排上的輻射能該排的角系數(shù)落到該排管子表面上的能量穿過(guò)該

9、排落到后一排上去的能量1234按例題（8-1），得：，透過(guò)管束的輻射能百分?jǐn)?shù)為1-0.7516=0.2484=24.8。9-13、已知：如圖，圓柱表面及平面在垂直于紙面的方向上為無(wú)限長(zhǎng)。求證：。證明：如下圖所示：按交叉線法：，。利用幾何關(guān)系確定：，,，（r為半徑），即。9-14、已知：如圖，在垂直于紙面的方向上均為無(wú)限長(zhǎng)。求：導(dǎo)出從溝槽表面發(fā)出的輻射能中落到溝槽外面的部分所占的百分?jǐn)?shù)的計(jì)算公式。解：對(duì)三種情形，在開(kāi)口處做一假想表面，設(shè)表面積為，而其余溝槽表面為，則有，于是有：（a）；（b）；（c）。9-15、已知：如圖。求：當(dāng)時(shí)角系數(shù)的極限值。解：如圖所示： 圓柱側(cè)面為1，圓盤(pán)為2，當(dāng)時(shí)的極限

10、值為，只要設(shè)想在頂面上有另一相當(dāng)圓盤(pán)表面，則很易理解當(dāng)時(shí)，每個(gè)表面都得到一半的輻射能，故。9-16、已知：如圖。 求：解： ，。仿習(xí)題9-11的解，可由能量平衡關(guān)系得出：，即。由圖（8-8）查得：，而，為以下應(yīng)用方便寫(xiě)出算式如下：。9-17、已知：如圖。求：解：首先利用上題的結(jié)果：，再研究表面1與、間的關(guān)系，利用上題結(jié)果有：,，；，而，即，。故。黑體表面的換熱9-18、已知：如圖為一管狀電加熱器。求：從加熱表面投入到圓盤(pán)上的總輻射能。解：如圖所示：做虛擬表面3及4，則可有：，即其中，為兩平行圓盤(pán)間輻射角系數(shù)（見(jiàn)附圖），據(jù)，；據(jù)，利用教材中圖8-9查出： ，按角系數(shù)的對(duì)稱(chēng)性：表面2發(fā)出而落到表面

11、1上的輻射能應(yīng)為：。9-19、已知：兩塊平行的黑體表面1、3表面溫度為已知。其間置入一透明平板2，溫度維持在某個(gè)值，其發(fā)射率、反射比及透射比各為、及。求：表面1單位面積上凈輻射換熱量的表達(dá)式。解：平板1的單位面積上的凈輻射換熱量為：。9-20、已知：一有涂層的長(zhǎng)工件表面采用如圖所示方法予以加熱烘干，加熱器表面800K，1，工件表面500K，1。工件及加熱表面在垂直于紙面方向均為無(wú)限長(zhǎng)。0.15m，0.3m，0.2m。對(duì)流不考慮，工件的另一面絕熱。（1）環(huán)境為300K的大空間；（2）環(huán)境是絕熱的。求：上面兩種情形下施加在單位長(zhǎng)度加熱器上的電功率。解：如圖所示：（1） 環(huán)境為300的黑體，則單位長(zhǎng)

12、度的加熱表面的輻射換熱量為：，利用交叉線法：，（2） 設(shè)環(huán)境為重復(fù)輻射表面，則：，。因此有：， ，。9-21、已知：兩個(gè)面積相等的黑體被置于一絕熱的包殼中。溫度分別為與，且相對(duì)位置是任意的。求：畫(huà)出該輻射換熱系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，并導(dǎo)出絕熱包殼表面溫度的表達(dá)式。解：如圖所示，只考慮兩黑體相互可見(jiàn)部分的輻射換熱。則表面1、2、3組成三表面的換熱系統(tǒng)。由網(wǎng)絡(luò)圖可知：，即。及，；又，。這樣上述平衡式轉(zhuǎn)化為：，或，即。9-22已知：如果習(xí)題9-19中透明板的溫度不是用外部方法維持在一定的值，而是受板1及板3的作用而趨于某一個(gè)穩(wěn)定的值。板2的兩個(gè)表面溫度相等并且不變。求；板1的輻射換熱量。解：當(dāng)透明板2溫度不再

13、變化時(shí)，表面1上凈的輻射放熱量等于表面3的凈輻射吸熱量，于是按8-19題的結(jié)果有：，由此可得出，從而可得出及。實(shí)際物體表面的輻射換熱9-23、兩塊平行放置的平板表面發(fā)射率均為0.8，溫度t1=5270C及t2=270C，板間遠(yuǎn)小于板的寬度與高度。試計(jì)算：（1）板1的自身輻射；（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間的輻射換熱量。9-24、已知：兩塊無(wú)限大平板的表面溫度分別為及，發(fā)射率分別為及。其間遮熱板的發(fā)射率為。求：穩(wěn)態(tài)時(shí)三板之間輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)圖。解：9-25、已知：上題中取0.8，0.025，與一定。求：加入遮熱板后1、2兩表

14、面間的輻射換熱減少到原來(lái)的多少分之一。解：無(wú)遮熱板時(shí)，加入遮熱板后，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，9-26、已知：外徑為100mm的鋼管橫穿過(guò)室溫為27的大房間，管外壁溫度為100，表面發(fā)射率為0.85。求：?jiǎn)挝还荛L(zhǎng)上的熱損失。解：向環(huán)境的輻射散熱損失；定性溫度，每米管長(zhǎng)上的熱損失為。9-27、設(shè)熱水瓶的瓶膽可以看作為直徑為10cm，高為26cm的圓柱體，夾層抽真空，其表面發(fā)射率為0.05。試估沸水鋼沖入水瓶后，初始時(shí)刻水溫的平均下降速率。夾層兩壁溫可近似地取為1000C，200C。 9-28、已知：一平板表面接受到的太陽(yáng)投入輻射為1262W/m2，該表面對(duì)太陽(yáng)能的吸收比為，自身輻射的發(fā)射率為，平板的另一側(cè)絕熱

15、，平板的向陽(yáng)面對(duì)環(huán)境的散熱相當(dāng)于對(duì)-50的表面進(jìn)行輻射換熱。（1）0.5，0.9；（2）0.1，0.15。求：平板表面處于穩(wěn)定工況下的溫度。解：穩(wěn)態(tài)時(shí)，。（1），；（2），。9-29、在一塊厚金屬板上鉆了一個(gè)直徑為d=2cm，的不穿透的小孔，孔深H=4cm，錐頂角為900，如附圖所示，。設(shè)孔的表面是發(fā)射率為0.6的漫射體，整個(gè)金屬塊處于5000C的溫下，試確定從孔口向外界輻射的能量。 9-30、930、已知：如圖，（1）所有內(nèi)表面均是500K的黑體；（2）所有內(nèi)表面均是0.6的漫射體，溫度均為500K。求：從小孔向外輻射的能量。解：設(shè)小孔面積為，內(nèi)腔總表面壁為，則：，。（1）,；（2），。9-

16、31、已知：一水平放置的正方形太陽(yáng)能集熱器，邊長(zhǎng)為1.1m，吸熱表面直接暴露于空氣中，其發(fā)射率0.2，其上無(wú)夾層，對(duì)太陽(yáng)能的吸收比0.9，當(dāng)太陽(yáng)的投入輻射800W/m2時(shí)，測(cè)得集熱器吸熱表面的溫度為90，此時(shí)環(huán)境溫度為30，天空可視為23K的黑體。集熱器效率定義為集熱器所吸收的太陽(yáng)輻射能與太陽(yáng)投入輻射之比。求：此集熱器的效率。解：向天空的輻射散熱量為：；定性溫度，散熱量總共為，所吸收太陽(yáng)能,效率。9-32、已知：如上題，在吸熱表面上加了一層厚8cm的空氣夾層（空氣壓力為1.013×105Pa），夾層頂蓋玻璃內(nèi)表面的平均溫度為40，玻璃穿透比為0.85，其他條件不變。求：此情形下集熱器

17、的效率。解：，；輻射散熱量：；定性溫度，據(jù)式（5-90），。9-33、已知：一厚200的爐墻上有一直徑為200的孔，孔的圓柱形表面絕熱，爐內(nèi)溫度為1400，室溫為30。求：當(dāng)孔的蓋板被移去時(shí)，室內(nèi)物體所得到的凈輻射熱量。解：，。9-34、已知：一空間飛行器散熱表面的最高允許溫度為2500K，發(fā)射率為0.8，環(huán)境為0K。求：所允許的最大散熱功率。解： 。9-35設(shè)有如附圖所示的幾何體，半球表面是絕熱的，底面被一直徑（D0.2）分為1、2兩部分。表面1為灰體，；表面2為黑體，T2=330。試計(jì)算表面1的凈輻射損失及表面3的溫度。解：網(wǎng)絡(luò)圖如下： 1，2表面間的輻射換熱量是由于絕熱表面3的存在而引起

18、的。9-36、已知：如圖，1000K，500K，發(fā)射率分別為0.6，0.8，該兩表面位于一絕熱的房間內(nèi)。求：該兩表面間的凈輻射換熱量。解：網(wǎng)絡(luò)圖如下圖，這是三表面輻射換熱系統(tǒng)。，。9-37、已知：兩相距1m、直徑為2m的平行放置的圓盤(pán)，相對(duì)表面的溫度分別為500及200，發(fā)射率分別為0.3，0.6，另外兩個(gè)表面的換熱略而不計(jì)。（1）兩圓盤(pán)被置于20的大房間中；（2）兩圓盤(pán)被置于一絕熱空腔中。求：每個(gè)圓盤(pán)的凈輻射換熱量。解：圓盤(pán)表面分別記為1、2，第三表面記為3。則從角系數(shù)圖表中可查得，。（1） 網(wǎng)絡(luò)圖如上圖，對(duì)節(jié)點(diǎn)、可以列出下列方程：；，其中，代入以上兩式整理之得：，由此解得：，故，。（2），

19、。9-38、已知：（1）兩個(gè)同心圓筒壁的溫度分別為-196及30，直徑分別為10cm及15cm，表面發(fā)射率均為0.8。（2）在其間同心地置入一遮熱罩，直徑為12.5cm，兩表面的發(fā)射率均為0.05。求：（1）單位長(zhǎng)度圓筒體上的輻射換熱量。（2）畫(huà)出此時(shí)輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)圖，并計(jì)算套筒壁間的輻射換熱量。解：（1）單位長(zhǎng)度上的換熱量為：（2） 把遮熱罩表面稱(chēng)為3，其面向表面1的一側(cè)記為3L，面向表面2的一側(cè)記為3R，則相當(dāng)?shù)妮椛渚W(wǎng)絡(luò)圖如下圖所示。有遮熱罩后，單位長(zhǎng)度上的換熱量為：，代入上式得：。僅為原來(lái)的4.34。9-39、已知：一內(nèi)腔為0.2m×0.2m×0.2m的正方形爐子。室

20、溫27，爐底電加熱，底面溫度恒定為427，0.8，爐子頂部開(kāi)口，空腔四周及爐子底面以下均敷設(shè)絕熱材料。不計(jì)對(duì)流換熱。求：所需電功率。解：這一問(wèn)題的等效網(wǎng)絡(luò)圖如下圖：，。9-40、已知：如圖為一肋片散熱結(jié)構(gòu)，排數(shù)很多。垂直于紙面方向上視為無(wú)限長(zhǎng)。肋根溫度為330K，肋片相當(dāng)薄，0.83，且材料的導(dǎo)熱系數(shù)很大，環(huán)境0K。求：肋片單位面積上的凈輻射換熱量。解：如圖示，這是兩個(gè)表面系統(tǒng)的輻射換熱問(wèn)題。，（以單位深度計(jì)）。，。9-41、已知：如圖所示為一傳送帶式的烘箱，輻射加熱表面與傳送帶上被加熱工件間的距離0.35m，加熱段長(zhǎng)3.5m，在垂直于紙面方向上寬1m，傳送帶兩側(cè)面及前、后兩端面均可以視為是絕

21、熱的，其余已知條件如圖示。求：（1）輻射加熱面所需的功率；（2）討論去掉前后端面對(duì)于熱損失及工件表面溫度場(chǎng)均勻性的影響。解：這是一個(gè)三表面組成的換熱系統(tǒng)，其中表面3為絕熱面，由，查得，。去掉前后端面時(shí)會(huì)增加散熱損失及溫度場(chǎng)的不均勻性。9-42、已知：在兩塊平行放置的相距很近的大平板1與2中，插入一塊很薄且兩個(gè)表面發(fā)射率不等的第三塊平板，300，100，0.5，0.8。當(dāng)板3的A面朝向表面1時(shí)，板3的穩(wěn)態(tài)溫度為176.4，當(dāng)板3的B面朝向表面1時(shí)，板3的穩(wěn)態(tài)溫度為255.5。求：表面A、B各自的發(fā)射率。解：據(jù)已知可列出下列兩個(gè)方程：，由此兩式得：，由此解得：，。9-43、已知：兩塊尺寸為1m&#

22、215;1m的平行平板1、2，被置于溫度為20的大房間中，兩板間相距1m，發(fā)射率分別為0.4及0.6，溫度分別維持在500與350。不考慮兩板背面的換熱。今在兩板的中間位置上插入一塊發(fā)射率為0.05、尺寸為1m×1m的薄平板3，且沒(méi)有采取任何措施來(lái)維持板3的溫度。求：用網(wǎng)絡(luò)法確定，穩(wěn)態(tài)時(shí)平板1、2各自的凈輻射換熱量及板3的溫度。解：設(shè)板3的兩個(gè)表面分別為3及3，房間表面為4，則這一換熱系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡(luò)圖如下圖所示：，。未知量為、，于是有：對(duì)：；對(duì)：；對(duì)：；對(duì)：；對(duì)：（板3處于輻射熱平衡的條件）。解上述方程組，得：，。，。于是：表面1的凈輻射換熱量，表面2的凈輻射換熱量，平板3的溫度。9

23、-44、已知：用單層遮熱罩抽氣式熱電偶測(cè)量一設(shè)備中的氣流溫度，已知設(shè)備內(nèi)壁溫度為90，熱節(jié)點(diǎn)與遮熱罩表面的發(fā)射率均為0.6，氣體對(duì)熱節(jié)點(diǎn)及遮熱罩的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為40W/（m2·K）及25W/（m2·K）。氣流真實(shí)溫度為180。求：熱電偶的指示值。解：設(shè)熱電偶指示值為，遮熱罩平均溫度為，則有以下兩個(gè)關(guān)系式： （1） （2）由第2式：，即，由此解得，代入（1）得：，由此解得，。9-45、已知：用裸露的熱電偶測(cè)定圓管氣流的溫度，熱電偶的指示值為170。管壁溫度90，氣流對(duì)熱節(jié)點(diǎn)的對(duì)流換熱系數(shù)為50W/（m2·K），熱節(jié)點(diǎn)表面發(fā)射率為0.6。求：氣流的真實(shí)溫度及測(cè)溫誤

24、差。解：， ，測(cè)溫誤差：。9-46、已知：一熱電偶被置于外徑為5mm的不銹鋼套管中（=0.7）,且熱節(jié)點(diǎn)與套管底緊密的接觸。該套管被水平地置于一電加熱爐中，以測(cè)定爐內(nèi)熱空氣的溫度。爐壁的平均溫度為510，熱電偶讀數(shù)為500?？諝馀c套管間的換熱為自然對(duì)流換熱。求：空氣的真實(shí)溫度。解：穩(wěn)態(tài)時(shí)，爐壁與熱電偶間的凈輻射換熱量等于熱電偶與氣體之間的自然對(duì)流換熱，即。為確定，需要知道。自然對(duì)流換熱本應(yīng)以為定性溫度，因未知，姑且以為定性溫度計(jì)算之，代入熱平衡方程式得：，由此解得：，進(jìn)一步的計(jì)算應(yīng)以此值與組成定性溫度，重新計(jì)算，此處從略。9-47、已知：如上題，如果把裝有熱電偶的套管置于管道中，用來(lái)測(cè)定作強(qiáng)制

25、對(duì)流的氣流溫度。氣流方向與套管軸線垂直，流速為10m/s，其他條件不變。求：氣流的真實(shí)溫度。解：仍以為定性溫度，按表5-5，。9-48、已知：如圖，一個(gè)雙槽形大電流母線，H=100mm，S=30mm，W=40mm。求：從一個(gè)槽體的內(nèi)表面發(fā)出的輻射能穿過(guò)槽間間隙落到環(huán)境中的百分?jǐn)?shù)。解：只要研究其中半個(gè)圖形發(fā)出的輻射能穿過(guò)上、下開(kāi)孔處的百分?jǐn)?shù)即可。由于上下的對(duì)稱(chēng)性，只需研究穿過(guò)一個(gè)開(kāi)孔處的百分?jǐn)?shù)。作輔助線如圖，輔助線的 尺寸都注于其旁，顯然：，即。故向上、下開(kāi)孔處輻射出去的百分?jǐn)?shù)為，由于左右對(duì)稱(chēng)，整個(gè)內(nèi)表面發(fā)出而落到環(huán)境中的百分?jǐn)?shù)即為。9-49、已知：如圖，兩薄平板A、B被置于一絕熱的空間內(nèi)，并位

26、于同一平面上，面積分別為、，其4個(gè)表面的發(fā)射率分別為、。板A、B分別維持在恒定溫度及。求：畫(huà)出這一輻射換熱系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，并列出計(jì)算板A、B間凈輻射換熱量的表達(dá)式。解：這一換熱系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖如下圖：其中：，。A、B兩板之間總的輻射換熱量為，其中，因平板A、B位于同一平面上，故以上諸表達(dá)式中的角系數(shù)均為1。9-50、已知：如圖示為一箱式爐，爐頂為加熱面，底面為冷面，四側(cè)為絕熱面。求：（1）把四周絕熱面作為一個(gè)表面處理，計(jì)算加熱面的凈輻射換熱量及絕熱面的溫度；（2）把側(cè)面沿高度三等分，假設(shè)每一分區(qū)中的溫度均勻，采用數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算熱表面的凈輻射換熱量及三區(qū)中的溫度；（3）把側(cè)面沿高度五等分，重復(fù)上述計(jì)

27、算，并把側(cè)面作為單區(qū)、三區(qū)及五區(qū)的三種計(jì)算結(jié)果作一比較。解：（1）把四周絕熱面作為一個(gè)表面來(lái)處理時(shí)，輻射網(wǎng)絡(luò)圖如圖所示：，1、2表面間的凈輻射換熱量：。由，得，。（2）如圖所示：對(duì)頂面1、底面2及側(cè)面3、4、5分別列出有效輻射方程，據(jù)第二版習(xí)題73的結(jié)果有：，表面3、4、5為重輻射面，即。對(duì)于重輻射角，其有效輻射等于投入輻射，則，利用角系數(shù)的相對(duì)性，故有：，。以上諸式的角系數(shù)均可采用代數(shù)方法算出，然后用計(jì)算機(jī)求解。9-51、已知：如圖，在直徑為D的人造衛(wèi)星外殼上涂了一層具有漫射性質(zhì)的涂料，其光譜吸收特性為=0.6m)及=0.3m)。當(dāng)它位于地球的陰面一側(cè)時(shí)，僅可得到來(lái)自地球的投入輻射=340W

28、/m2，且可以視為是平行入射線。而位于地球的亮面一側(cè)時(shí)，可同時(shí)收到來(lái)自太陽(yáng)與地球的投入輻射，且太陽(yáng)的投入輻射=1353 W/m2。地球輻射可視為280K下的黑體輻射，人造衛(wèi)星表面的溫度總在500K以下。求：位于陰面與亮面時(shí)，在穩(wěn)態(tài)情形下的表面平均溫度。解：（1）位于陰面時(shí)，03的輻射能占280K黑體輻射能份額：，故，熱平衡式為：，。（2）位于陽(yáng)面時(shí)，的輻射能占5800K黑體輻射能的份額：，故，熱平衡式為：，（以上計(jì)算中認(rèn)為宇宙空間是0K空間）。9-52、已知：一正三角形截面的通道垂直于紙面方向?yàn)闊o(wú)限長(zhǎng)。3個(gè)表面中，表面1、2有均勻的輻射換熱熱流，而表面3有均勻壁溫，表面反射率均為。求：（1）寫(xiě)

29、出確定3個(gè)表面有效輻射、的方程式；（2）寫(xiě)出確定表面1、2溫度的方程式；（3）寫(xiě)出表面3凈輻射換熱熱流的方程式。解：（1）對(duì)已知壁溫的表面3，利用習(xí)題8-50的結(jié)果可得： ，對(duì)已知輻射換熱熱流密度的表面1及2，將的關(guān)系代入上式，得：，整理之，有， 對(duì)表面1、2，以上諸式中，。（2）由、的聯(lián)立方程解得、后，即可以由以下兩式確定、：，。（3）解出后，可確定，。氣體輻射9-53、已知：一爐子的爐膛可近似的看成為高度等于直徑的圓柱體殼，直徑為1m，其內(nèi)是由二氧化碳、水蒸氣和非吸收性氣體組成的1400K的燃?xì)?，總壓力?05Pa。爐膛四周布置有冷卻水管，以保證爐膛四壁溫度維持在600K。燃?xì)馀c爐壁間的對(duì)

30、流換熱略而不計(jì)。求：冷卻水應(yīng)帶走的熱量。 解：按表8-1，由圖8-39得，由圖8-43近似的查得，。為計(jì)算，按及下列兩個(gè)之積查曲線：，。按式（8-32），按圖8-43查得，于是有： 。按式（8-34）：。9-54、已知：一燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室可以近似的視為直徑為0.4m的一根長(zhǎng)管道。燃?xì)鈮毫?05Pa，溫度為1100；燃燒室壁溫為500。CO2及水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)各為0.15，燃燒室壁溫可近似的作為黑體處理。求：燃燒室與燃?xì)忾g的輻射換熱量。解：，。查圖8-39得，由圖8-41得，。按及得：，故單位面積上輻射換熱量。9-55、已知：平均溫度為550的燃?xì)庠趦?nèi)徑為200mm的長(zhǎng)圓管中流過(guò)，總壓力為10

31、5Pa，其中含有13的CO2及11的水蒸氣，其余為非吸收性氣體。管子內(nèi)壁平均溫度為150，可視為黑體。求：混合氣體與單位長(zhǎng)度管壁之間的輻射換熱量。設(shè)氣體的流速為10m/s，確定此時(shí)對(duì)流換熱量與輻射換熱量的相對(duì)大小。解：（1）對(duì)流計(jì)算：，采用式（5-57）：,（2）輻射計(jì)算：，查圖得：=0.057，=0.072，=1.0，=1.05，=0.000，。，按及上述之值查得=0.056，=0.051，=0.000，故對(duì)流換熱量是輻射換熱量的倍。9-56、已知：一電站鍋爐，爐膛容積，爐墻面積。燃燒產(chǎn)物中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)（容積分?jǐn)?shù)）為0.121，二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為0.124，燃燒產(chǎn)物的平均溫度為1100

32、，爐內(nèi)壓力為。求：爐膛內(nèi)煙氣對(duì)包壁的平均輻射的發(fā)射率。解：采用第二版式（6-54）來(lái)計(jì)算：，代入第二版式（6-55）得： ；如按式（8-31）查圖，則，兩者符合較好。說(shuō)明：由于黑度圖線查取時(shí)的誤差，習(xí)題55-58答案都是近視值，應(yīng)允許適當(dāng)范圍的波動(dòng)。綜合分析 9-57、已知：如圖，一排平行布置的圓柱狀電加熱元件用來(lái)使?fàn)t墻的一個(gè)表面維持在500K，該墻的外側(cè)面絕熱良好，而內(nèi)側(cè)受溫度的流體冷卻，。爐子的另一側(cè)墻壁維持在溫度300K。該加熱元件及兩個(gè)墻表面均可作為黑體。 求：加熱元件表面的工作溫度。 解： 對(duì)外側(cè)絕熱的表面作平衡分析，穩(wěn)態(tài)時(shí)有：，：加熱元件與熱表面間的換熱；：熱表面與冷表面間輻射換熱

33、；：對(duì)流換熱。，于是有：， =。， 。為維持，及、h不變，改變s時(shí)對(duì)有什么影響？、；、。 9-58、已知：一燃燒試驗(yàn)設(shè)備的壁面上安置了一塊圓形的耐熱玻璃，直徑為5cm，穿透比r=0.9，發(fā)射率，反射比。環(huán)境溫度為20。玻璃溫度是均勻的，其表面與壁面齊平，外表面的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為9.6。燃燒溫度為1000k。 求：玻璃的溫度及散失到環(huán)境中的熱量。 解：當(dāng)玻璃處于穩(wěn)態(tài)換熱時(shí)，可以認(rèn)為玻璃與爐膛間輻射換熱中玻璃吸收的部分能量=外表面的自然對(duì)流換熱+與環(huán)境間的輻射換熱。 于是有：， 由此得：，解得： ，散熱量。9-59、已知：一種利用半導(dǎo)體材料直接進(jìn)行發(fā)電的原理如圖所示，位于中心的陶瓷管受內(nèi)部燃

34、氣加熱維持表面溫度為1950K，半導(dǎo)體材料制成的圓管，其外用導(dǎo)熱性能極好的金屬層圍住，金屬層外用293K的冷卻水予以冷卻。陶瓷管與半導(dǎo)體表面之間為真空。，陶瓷管表面為漫灰體，；半導(dǎo)體材料亦可視為漫灰體，。半導(dǎo)體材料輸出的電功率是其所吸收的輻射能中范圍內(nèi)的輻射能的10%。沿直徑方向可視為無(wú)限長(zhǎng)。求：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度設(shè)備所能輸出的電功率。解：近視認(rèn)為陶瓷外表面溫度即為燃?xì)鉁囟?，半?dǎo)體表面溫度即為冷卻水溫度。則內(nèi)管表面與半導(dǎo)體表面之間形成兩平行的換熱系統(tǒng)。，單位外表面積上的換熱量為： 。由于，外表面的輻射換熱量實(shí)際上等于所吸收的內(nèi)表面的輻射換熱量。功率。%；%；=0.6177=61.6%。單位長(zhǎng)度外表面面積

35、，單位長(zhǎng)度上功率為：。9-60、已知：在一個(gè)刮風(fēng)的日子里，太陽(yáng)投射到一幢大樓的平屋頂上的輻射能為，屋頂與溫度為25的氣流間的對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為。天空可以看著為-10的黑體。屋頂材料對(duì)太陽(yáng)能的吸收比為0.6，自身發(fā)射率為0.2。 求：屋頂表面在穩(wěn)態(tài)下的溫度。 解：穩(wěn)態(tài)下屋頂所吸收的太陽(yáng)能等于其向環(huán)境的字讓對(duì)流及輻射換熱量， 即：,由此得：， 解得： 。9-61、已知：煤粉爐爐膛中的水冷壁管常因其表面結(jié)渣兒使傳熱過(guò)程受到消弱。為估計(jì)結(jié)渣、結(jié)灰的影響采用以下簡(jiǎn)化的模型：外徑為的水冷壁管內(nèi)部發(fā)生流動(dòng)沸騰過(guò)程，飽和水溫為。管外受的煙氣對(duì)流換熱，?；鹧鎸?duì)水冷壁管的輻射可以等效的看成為來(lái)自的大空間的輻

36、射。水冷壁管發(fā)射率。（1）管外干凈無(wú)灰渣；（2）管外結(jié)了一層均勻灰渣，厚，其導(dǎo)熱系數(shù)為,灰渣表面發(fā)射率，其余條件不變。 求：上表面兩種情況下單位管子上水冷壁管從爐膛得到的熱量。 解： 管內(nèi)沸騰換熱十分強(qiáng)烈，可近視地認(rèn)為。（1） 無(wú)灰垢時(shí)，單位長(zhǎng)度管子上的換熱量為：，取，則有：，。（2） 表面結(jié)灰垢時(shí)，灰垢層熱阻：，對(duì)流輻射環(huán)節(jié)總熱阻：，結(jié)灰垢后的計(jì)算關(guān)鍵是要找出灰垢表面溫度，它應(yīng)滿(mǎn)足一下關(guān)系式：，其中，取計(jì)算之， ：. ， 又取， . ， 兩者的偏差已小于1%，取其平均值得結(jié)灰垢后的傳熱量為。 9-62、已知：一種測(cè)定高溫下固體材料導(dǎo)熱系數(shù)的示意性裝置如圖所示，厚為的方形試件（邊長(zhǎng)為b）被置于

37、一大加熱爐的爐底，其側(cè)邊絕熱良好，頂面受高溫爐的輻射加熱，底面被溫度為的冷卻水冷卻，且冷卻水與地面間的換熱相當(dāng)強(qiáng)烈。試件頂面的發(fā)射率為， 表面溫度用光學(xué)高溫測(cè)定。爐壁溫度均勻，且為。 測(cè)定在穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行。 求：（1）導(dǎo)出試件平均導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算式（設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)與溫度呈線性關(guān)系）：（2）對(duì)于、，的情形，計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)的值。 解：（1）在穩(wěn)態(tài)工況下，試件頂面與爐膛的輻射換熱量等于通過(guò)試件的導(dǎo)熱量，且試件兩表面溫度分別為和，故有：，即。 （2）。 9-63、已知：如圖，1、2兩表面在垂直于紙面方向上為無(wú)限長(zhǎng)。為了求得，有一個(gè)學(xué)生接了一個(gè)平行四邊形并作出了假象表面、。他認(rèn)為，由于表面1發(fā)出的輻射能在到達(dá)表面2之

38、前先要經(jīng)過(guò)假象面，因而有?？闪⒓床楸淼贸?。 求：你是否同意這種看法，闡述你的理由，并用具體的例子說(shuō)明之。 解：這種方法是不正確的，不能對(duì)假象表面隨意地賦予具有角系數(shù)計(jì)算時(shí)所嘉定的那些表面特性。舉例極速啊你如下：設(shè)表面、寬度均為1，其間垂直距離為2。如圖所示。則對(duì)角線，非對(duì)角線。按交叉線法：，弧度，。如果按學(xué)生提出的方法則有：?？梢?jiàn)兩者是不同的，差32.5%。小論文題目9-64、已知：如右圖，8個(gè)表面組成封閉腔。 表面12345678400500400700800700000.60.60.60.20.20.2角系數(shù)23456780000.420.200.050.290.0420000.200.4

39、20.200.090.0930000.050.200.420.040.2940.420.200.050000.290.0450.200.420.200000.090.0960.050.200.420000.040.2970.290.090.040.290.090.0400.1680.040.090.290.040.090.290.160求：編寫(xiě)一個(gè)能求解N(N8)個(gè)表面組成的封閉孔腔內(nèi)輻射換熱的計(jì)算機(jī)程序，要求程序能同時(shí)處理已知壁溫及輻射換熱量的兩類(lèi)表面，同時(shí)輸：（1）各個(gè)表面的有效輻射；（2）已知溫度表面的輻射換熱熱流密度；（3）已知輻射換熱熱流密度表面的溫度。并利用上述程序求解上面換熱問(wèn)題。解：此題取材于Iternational Journal of MechanicalEngineeringEducation,vol.ll,No.2,pp.113-120,1983,可參閱。 9-65、已知：如定義空間任意兩個(gè)表面1、2間的輻射換熱量為：表面1的自身輻射最終為表面2所吸收的值減去表面2的自身輻射最終被表面1所吸收的值（包括直接輻射的吸收及經(jīng)歷各次反射后的吸收）。兩表面在垂直于紙面的方向上為無(wú)限長(zhǎng)，表面1、2的、以及、為已知，表面3為