工程力學(xué)答案整理

1、思考題1.試用簡練的語言說明導(dǎo)熱、對流換熱及輻射換熱三種熱傳遞方式之間的聯(lián)系和區(qū)別。答：導(dǎo)熱和對流的區(qū)別在于：物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象， 稱為導(dǎo)熱；對流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是： 在發(fā)生對流換熱的同時必然伴生有導(dǎo)熱。導(dǎo)熱、對流這兩種熱量傳遞方式，只有在物質(zhì)存在的條件下才能實現(xiàn)，而輻射可以在真 空中傳播，輻射換熱時不僅有能量的轉(zhuǎn)移還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。能量平衡分析540000 x 10-31-1夏天的早晨，一個大學(xué)生離開宿舍時的溫度為20C。他希望晚上回到房間時的溫度能夠 低一些，于是早上離開時緊閉門窗，并打開了一個功率為15W的電風(fēng)

2、扇，該房間的長、寬、 高分別為5m、3m、2.5m。如果該大學(xué)生10h以后回來，試估算房間的平均溫度是多少？ 解：因關(guān)閉門窗戶后，相當(dāng)于隔絕了房間內(nèi)外的熱交換，但是電風(fēng)扇要在房間內(nèi)做工產(chǎn)生熱 量：為15x10 x3600=540000J全部被房間的空氣吸收而升溫，空氣在20C時的比熱為：曷=11.891.005KJ/Kg.K,密度為 1.205Kg/m3,所以5 x 3 x 2.5 x 1-205 x 1.005當(dāng)他回來時房間的溫度近似為32C。1-9 一磚墻的表面積為12m2，厚為260mm，平均導(dǎo)熱系數(shù)為1.5W/(m.K)。設(shè)面向室內(nèi)的 表面溫度為25C，而外表面溫度為-5C，試確定次磚

3、墻向外界散失的熱量。解：根據(jù)傅立葉定律有：“At25 (一)5中=膈 =1.5 x 12 x= 2076.9W1-10 一爐子的爐墻厚13cm，總面積為20m2，平均導(dǎo)熱系數(shù)為1.04w/m.k，內(nèi)外壁溫分別 是520C及50C。試計算通過爐墻的熱損失。如果所燃用的煤的發(fā)熱量是2.09X104kJ/kg， 問每天因熱損失要用掉多少千克煤？解：根據(jù)傅利葉公式膈At1.04 x 20 x (520 - 50)Q = - = 75.2 KW&8每天用煤24 x 3600 x 75.2=310.9Kg / d0.1380.262.09 x 1041-11夏天，陽光照耀在一厚度為40mm的用層壓板制成的

4、木門外表面上，用熱流計測得木 門內(nèi)表面熱流密度為15W/m2。外變面溫度為40C，內(nèi)表面溫度為30C。試估算此木門在 厚度方向上的導(dǎo)熱系數(shù)。q二房 旦以竺M.06W /(m.K)解：8，At40 - 301-12在一次測定空氣橫向流過單根圓管的對流換熱實驗中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度 tw=69C，空氣溫度tf=20C，管子外徑d=14mm，加熱段長80mm，輸入加熱段的功率8.5W， 如果全部熱量通過對流換熱傳給空氣，試問此時的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)多大？ 解：根據(jù)牛頓冷卻公式 Z )q = 2rlh -1)h = d(q_f )所以“w。=49.33W/(m2.k)1-13對置于水中的不銹

5、鋼束采用電加熱的方法進(jìn)行壓力為1.013x 105Pa的飽和水沸騰換 熱實驗。測得加熱功率為50W，不銹鋼管束外徑為4mm，加熱段長10mm，表面平均溫度 為109C。試計算此時沸騰換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：根據(jù)牛頓冷卻公式有小=AhE中.=44 2.2 A&W/(m2.K)1-18宇宙空間可近似地看成為0K的真空空間。一航天器在太空中飛行，其外表面平均溫度為250C，表面發(fā)射率為0.7，試計算航天器單位表面上的換熱量。解.q =跖 T 4=07x 5.67 x 10 -8 W /(m 2.K 4) x 2504 = 155 W/ m 21-19在1-14題目中，如果把芯片及底板置于一個封閉的機(jī)

6、殼內(nèi)，機(jī)殼的平均溫度為20C, 芯片的表面黑度為0.9，其余條件不變，試確定芯片的最大允許功率。中=&AJT4 -T 4%0.9X5.67X10-8(85 + 273)4 -(20 + 273)4x0.00014解：輻射12+-P對流 輻射=1.657W1-20半徑為0.5 m的球狀航天器在太空中飛行，其表面發(fā)射率為0.8。航天器內(nèi)電子元件的 散熱總共為175W。假設(shè)航天器沒有從宇宙空間接受任何輻射能量，試估算其表面的平均溫 度。解：電子原件的發(fā)熱量=航天器的輻射散熱量即：Q = ea T4T =廣私A=187K1-23在鍋爐爐膛的水冷壁管子中有沸騰水流過，以吸收管外的火焰及煙氣輻射給管壁的熱

7、 量。試針對下列三種情況，畫出從煙氣到水的傳熱過程的溫度分布曲線：管子內(nèi)外均干凈；管內(nèi)結(jié)水垢，但沸騰水溫與煙氣溫度保持不變；管內(nèi)結(jié)水垢，管外結(jié)灰垢，沸騰水溫及鍋爐的產(chǎn)氣率不變。(1)(2)(3)解：1-24在附圖所示的穩(wěn)態(tài)熱傳遞過程中，已知：L= 460 C，51 = 5mm，5 2 = 0*5 mm， % = 46.5W/(m.K)，氣= L16W/(m.K),h2 = 5800W/(m2 .K)。試計算單位面積所傳遞的熱 量。解：由題意得1 55R =+ + 1 = 0.00071z h 人 力112 q =翌=二R R=22 0 At 1/穩(wěn)定性要求Ax 2pcd ，即人 43 pc =

8、at + 1 - pcd ) fAt 1/=32.258 x1051.333 x10-5，代入得:3 x1.333 x10-54 x1000.01x32.258 x105 /4 x100k0.022tk3=8.89877s0.099975 + 0.01240.022Ax 2于是以上三式化成為:時間點(diǎn)12340200252525 T200128.8125252At200128.8155.8055.093t200137.9573.6472.544t200143.0486.7085.30(At = 8.89877s),在上述計算中， 因而對節(jié)點(diǎn)2 也=0.1483 Ax 21 3aAT4hAT1 =

9、 0由于At之值正好使Ax 2p cd出現(xiàn)了在At及2 At時刻溫度相等這一情況。如取At為上值之半，則如取此值為計算步長，則：aA1.333 x10-5 x 8.898774hAT4 x100 x 8.89877= 0 2966 = 0.1103，pcd 32.258 x 105 x 0.01 TOC o 1-5 h z 2 x 0.2966t + 0.2966tk + 0.1103t = tk+1 13f 20.2966t k + 0.2966x 2t k + 0.1103t = tk+14f 30.9773t k + 0.0227t = tkf 4蛙= 0.0551 1-虹-蛭= 0.5，pcd，Ax 2p cd ，于是有.時間點(diǎn)12340200252525 T20076.9125252t200102.8632.7032.533t200116.9842.6342.23對于相鄰四個時層的計算結(jié)果如下表所示：(At = 4.4485s)2 x 0.148