傳熱學(xué)試題及答案

一磚墻的外表積為12m2，厚為260m，平均導(dǎo)熱系數(shù)為1.5W〔m.25℃，而外外表溫度為-5℃，試確定次磚墻向外界散失的熱量。解：依據(jù)傅立葉定律有：At1.51225()52076.9W 0.2613cm20m21.04w/m.k，內(nèi)外壁溫分別是520℃及50℃。試計算通過爐墻的熱損失。假設(shè)所燃用的煤的發(fā)熱量是2.09×104kJ/kg，問每天因熱損失要用掉多少千克煤？解：依據(jù)傅利葉公式At 1.0420(52050)Q 每天用煤

0.13

75.2KW24360075.2310.9Kg/d2.09104夏天，陽光照耀在一厚度為40mm的用層壓板制成的木門外外表上，用熱流計測得木門內(nèi)外表熱流密度為15W/m2。外變面溫度為40℃，內(nèi)外表溫度為30℃。試估算此木門在厚度方向上的導(dǎo)熱系數(shù)。qt q

150.04

)解： ，

t 4030在一次測定空氣橫向流過單根圓管的對流換熱試驗中，得到以下數(shù)據(jù)：管壁平均溫度w f假設(shè)全部熱量通過對流換熱傳給空氣，試問此時的對流換熱外表傳熱系數(shù)多大？解：依據(jù)牛頓冷卻公式tw

t fh所以

qt tw

＝49.33W/(m2.k)12有兩塊無限靠近的黑體平行平板，溫度分別為T,T。試按黑體的性質(zhì)及斯藩-玻爾茲12曼定律導(dǎo)出單位面積上輻射換熱量的計算式〔提示：無限靠近意味著每一塊板發(fā)出的輻射能全部落到另一塊板上〕解：由題意

q T4; q T4;1f 1 2f 21兩板的換熱量為q(T41

T4)2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，其外外表平均溫2500.7，試計算航天器單位外表上的換熱量。qT4=0.75.67108W/(m2.K42504155W/m21-14題目中，假設(shè)把芯片及底板置于一個封閉的機殼內(nèi)，機殼的平均溫度為20℃，0.條件不變，試確定芯片的最大允許功率。 AT4T4＝0.95.67108[(85273)4(20273)4]0.00014解：輻射 1 2P對流＋＝1.657W1-21有一臺氣體冷卻器，氣側(cè)外表傳熱系數(shù) h1＝95W/(m2

.K)，壁面厚＝2.5mm，246.5W/(m.K水側(cè)外表傳熱系數(shù)h2

5800W/(m2.K)算各個環(huán)節(jié)單位面積的熱阻及從氣到水的總傳熱系數(shù)應(yīng)首先從哪一環(huán)節(jié)著手？解：R 10.010526;R

0.0025

5.37610

R

1 1 1.724104;1 h1KK11

2 46.5

3 h 58002則1 h h ＝94.7W/(m2.K)則1 1-2612m20℃，被冷卻水的進口溫度為9.7℃，出口溫度為569000W，試計算總傳熱系數(shù)。解：由題意得t

t t1 22 ＝7.35℃又KAtKA t＝782.3W/(m2.K)2-10δ

=3㎜，空氣夾層寬δg=6㎜，玻璃的導(dǎo)熱系λ =0.8W〔。玻璃面對室內(nèi)的外表溫度t=15℃，面對室外air的外表溫度t

g i=-10℃，試計算通過三層玻璃窗導(dǎo)熱的熱流密度。o3mm2.221031mm導(dǎo)0.15W/(m.K)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為650℃。試確定在這種條件下導(dǎo)線中允許通過的最大電流。 2l(t t) 210.15650Q2l q

1 2 ln(r

119.8W解：依據(jù)題意有：119.86I2RI232.36A

/r) ln2.5/1.52 1一蒸汽鍋爐爐膛中的蒸發(fā)受熱面管壁受到溫度為1000℃的煙氣加熱，管內(nèi)沸水溫度為200100W/(m2.K)，沸水與內(nèi)壁5000W/(m2.K6mm，管壁42W/(m.K)52mm。試計算以下三種狀況下受熱面單位長度上的熱負荷：換熱外表是干凈的；1mm的煙灰，其0.08W/(m.K)；2mm的水垢，其1W/(m.K)。解：⑴ 2l(t t) 1 2 1 ln(r/r) 1

1

12532.98W2rh 1 hr211 1 22

50000.02 42

0.026100

t)21 ln(r/r) ln(r/r) 1021hr 2 hr02110

21

2 11000200

1 ln54/52 ⑵ 0.025000 0.08 42 0.027100⑶1

2l(t1/r) ln(

t)121/r

/r 1021ihr 2 021i

r )

hr10 0

1 i 2i 211000200

1 ln54/52 50000.018 0.08 42 1 1000.0272-45一厚為

的大平板具有均勻內(nèi)熱源

，X=0X=

t ,t處的外表分別與溫度為f1

f2的流體進展對流換熱，外表傳熱系數(shù)分別為h1及h2。試導(dǎo)出平板中溫度分布的解析表達式，并據(jù)此導(dǎo)出溫度最高點的位置。對于h1=h2,tf1＝tf2h1=h2,tf1<tf2的情形定性地畫出平板中的溫度分布曲線。6－11/8的模型中，用200C的空氣來模擬實物中平均溫度為2000C空氣的加熱過程。實物中空氣的平均流速為6.03m/s，問模型中的流速應(yīng)為假設(shè)干？假設(shè)模型中的平均外表傳熱系數(shù)為195W/(m2K)，求相應(yīng)實物中的值。在這一實物中，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有用價值？解：依據(jù)相像理論，模型與實物中的Re應(yīng)相等空氣在20C和200C時的物性參數(shù)為：20C：1

15.06106m2/s,1

2.59102W/mK,Pr1

0.703200C：2

34.85106m2/s,2

3.93102W/mK,Pr2

0.680ul1由 l11

ul2222 l 15.06u (1)(2)u 86.0320.85m/s1 l2 l

2 34.85又 Nu1

Nu2

l 1 3.93h(l)( 2)195 36.99W/(m2K)2 1l 2 1

8 2.59上述?；囼?，雖然模型與流體的Pr數(shù)并不嚴格相等，但格外相近6－〔〕邊長為a及b〕同1，但ba〔〕環(huán)形通道，內(nèi)管外徑為在一個內(nèi)徑為D的圓形筒體內(nèi)布置了n根外徑為d的圓管，流體在圓管外作縱向流淌。求：四種情形下的當(dāng)量直徑。解：1d

4ab

2abm2dm

2ab ab 4ab 2ab 2b2ab ab 4D

2 3dm

2 2 Dd2D2d4 D2 4 n

2 2

D2nd2m Dnd6－11.013105Pa下的空氣在內(nèi)徑為76mm入口體積流量為0.022m3/s180℃。求：管子多長才能使空氣加熱到115℃。906590t解：定性溫度f

2 0.972kg/m3c /kgK,3.13102W/mK,21.5106kg/ms,Pr0.690p1.0045kg/m3，故進口質(zhì)量流量：0.022m3/s1.0045kg/m32.298102kg/s，Re

4d

42.2981021063.14160.07621.5

17906104

，先按l/d60計，Nu 0.023179060.80.690.450.08,h

50.080.0313

K 0 0.076 p空氣在115℃時，c 1.009kJ/p故加熱空氣所需熱量為：

kgK

，65cp

1.007kJ/

kgK 。

c“t“

c”t”

0.022981.0091031151.00710365

p p承受教材P165上所給的大溫差修正關(guān)系式：T 0.53 273900.53 3630.53Ttc fTtw

273180

0.885。所需管長： 1162.3t 3.14160.07620.620.885180902.96mw fl/d2.96/0.07638.660，需進展短管修正。承受式〔5-64〕的關(guān)系式：c 1d/l70775f 2.96/1.0775=2.75m。6-2506m/s外表尺寸為1m1m，其中一個邊與來流方向垂直。外表平均溫度為20℃。求：由于對流散熱而散失的熱量。020t解：f

102 ℃10℃空氣的物性

14.16106,2.51102,Pr0.705Re ulx

61.014.16106

4.2372810512

1

384.68384.682.51102h 9.655w(m2k)1.0s111.0m2hs(twt0)9.655(200)193.1w6-32、：直徑為10mmRe=4000時每米長圓柱通過69W20mm，其余條件不變〔包括tw。求：每米長圓柱散熱為多少。Re4000,Nu~Re0.466，直徑增加一倍，ReNu~Re0.618，，，d21d21

0.618

691.534105.9W。9-230.8t=5270Ct=270C，板間遠小于板的1 2寬度與高度。試計算〔〕板1〕對板13〕板1的反射輻射；板1〕板2的有效輻射6〕板12間的輻射換熱量。1

Eb1

0.85.67108(527273)418579.5W/m2q Eb1Eb2

5.67108(80043004)12

1/1

1/2

1 2/0.8115176.7W/m2由J G1 1

q12

J E1

G(1)1則G(E1 1

q12

)/(18579.515176.7)/0.84253.5W/m2板的反射輻射：G(1)＝4253.5(10.8)850.7W/m21板的有效輻射J E1 1

/1板2的有效輻射：J G2 1

4253.5W/m2間的輻射換熱量：q ＝15176.7W/m2121 2 1 9-25、：上題中取＝ ＝0.8，3＝0.025，T與T1 2 1 求：參加遮熱板后1、2兩外表間的輻射換熱削減到原來的多少分之一。解：無遮熱板時，

q1,2

Et

E b2

，參加遮熱板后，

q1,3

Es1

E b3 ，q3,2

Et2 b3

E b2

，到達穩(wěn)態(tài)時，

q1,3

q3,2

q3,2，q

q

E E E E

1 E E 1,2

2 1,3

2 s1 b1 b3 s2 b3 b2

2 s3

b2 ，q /q

1

/

1 1 1 1,2

1,2

2 t1 s 21/0.81/0.0251 1/0.81/0.81 1240.2511.50 1240.2511.5080.50 53.79-26100mm27100℃，外表0.85。求：單位管長上的熱損失。q解：向環(huán)境的輻射散熱損失r

0.855.673.7344542.5W/m2；tm

11002763.5℃2 ，1.049，0.0292，19.34106，10027，

Gr

19.342

5.684106，0.0292h 0.1

0.48

5.6841060.695

16.25W

m2K4，4q htc r

t6.2510027456.25W/m2j ，q每米管長上的熱損失為l

3.14160.1456.25542.5314W/m。1、在一臺逆流式水－水換熱器中，t1

87.5C，流量為每小時9000kgt

32C，213500kg，總傳熱系數(shù)k1740W/(m2KA=3.75m2,試確定熱水的出口溫度。240C和75C,則可查得：c 4191J/kgk cp1

4174J/kgk(qc)B m (qc)

135004174mNTU

2kA 17403.75 0.623(qc)m

min

90004193600由NTU法，逆流換熱器的效能為：－ex(NTU1B＝ 0.4091Bex(NTU1B tt 又 ＝1 t t1 2

t t 1 1

(t t1

)87.50.409(87.532)64.8Ct (tt)/2(87.564.8)/276.151m1t 1t

1 1(qc)m m(qc)m

Bt 0.6694(87.564.8)15.20C22t 2m

2t2 2

/219.60、欲采用套管式換熱器使熱水與冷水進行熱交換，并給出t200C,q1

0.0144kg/s,t2

qm2

k980W/(m2KA0.25m2冷卻水出口溫度及換熱器的效能。設(shè)冷、熱水平均溫度分別為65C和150C,則可查得：c 4313J/kgk cp1

4183J/kgk(qc)B m (qc)

0.02334183mNTU

2kA 0.25 3.945(qc)m

min

4313由NTU法，順流換熱器的效能為：1Btt

又 1 tt t 11 2

t (t1

t )2000.610(20035)299.4C平均溫度驗算：t (t1m 1

t)/2(20099.4)/2149.71tB(tt)t

0.637(20099.4)3599C2 1 1 2t (t2m 2

t)/267C2與假設(shè)值相符合，所以計算有效＝q

ctm11

0.01444313(20099.4)6248W(2)逆流換熱設(shè)冷、熱水平均溫度分別為80C和125C,則可查得：c 4258J/kgkp1

c 4195J/kgkp21B(qmc) 42580.6281(qc)m 2

0.02334195NTU

kA 9800.25 3.99(qc)m

min

4258由NTU法，逆流換熱器的效能為： tt

又 t t1 2

t t 1 1

(t t1

)2000.9(20035)