传热学(第四版)(杨世铭、陶文铨)课后习题答案【第1-10章】

3.0 文小白 2023-09-15 999+ 5 7.39MB 246 页 10文币
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第一章 绪论
思考题
1. 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流
则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是:在发生对流换热的同时必然伴
生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射
换热时不仅有能
量的转移还伴有能量形式的转换。
2. 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出
这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答: 傅立叶定律:
dx
dt
q
,其中,
q
-热流密度;
-导热系数;
dx
dt
-沿 x方向的温度变化率
“-”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
牛顿冷却公式:
)(
fw
tthq
,其中,
q
-热流密度
h
-表面传热系数;
w
t
-固体表面温度
f
t
-流体的温度。
斯忒-玻耳兹定律
其中
q
热流密度
斯忒藩-玻耳曼常
T
辐射物体的热力学温度。
3. 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?
系数单位是:W/(m.K);② 面传热系的单是:W/(m2.K);③ 热系数的位是
W/(m2.K)。这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4. 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一
个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公
式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答:因为在许多工业换热设备中,进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧,是工程技术中
经常遇到的一种典型热量传递过程。
5. 用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后,水壶很快就烧
坏。试从传热学的观点分析这一现象。
答:当壶内有水时,可以对壶底进行很好的冷却(水对壶底的对流换热系数大),壶底的热量被很快传
走而不至于温度升得很高;当有水时,和壶底发生对流换热的是体,因为体发生对流换热的表面
换热系数,壶底的热量不能很快被传走,故此壶底升温很快,容易被烧坏。
6. 用一只手握住盛有热水的子,另一只子快速搅拌热水,子的手会显著地感到热。试分析其
因。
答:时,内的水的流速几乎内的水和壁之间为然对流换热,热对流换热的
表面传热系数,当快速搅拌时,内的水和壁之间为制对流换热,表面传热系数大,热水有
的热量被传递到壁的侧,因此会显著地感觉到热。
7. 什么是联热阻叠加原则,它在什么前提立?以固体中的导热为,试论有哪些可能使
传递方向不同面的热流量不相
答:在一个联的热量传递过程中,如果通过每个环节的热流量相同,则各联环节的于各
联环节热的和。例如:三平板叠加构成壁。例如通过圆筒壁,对于各个传热环节的传热
不相,可能造成热量传递方向不同面的热流量不相
8.有两个形相同的AB温度、同的热水后不A表面就可以感觉热,
B表面则感觉不到温度的变化,试哪个的质量好?
  答:子的温质量好。因为温好的子热量从子内部传出的热量,经热以后,温度
变化很,因此几乎感觉不到热。
能量平衡分析
1-1 夏天早晨一个大学生宿舍的温度为 20他希望晚上间时的温度能低一些,于是
上离开时紧闭门窗,并开了一个率为 15W 电风扇该房间的高分别为 5m3m2.5m如果该
学生 10h 以后来,试间的均温度是多
闭门窗户后,相当于的热交换,但是电风扇要工产生热量:为
J54000036001015
201.005KJ/Kg.K,
1.205Kg/m3,
89.11
005.1205.15.235
10540000
3
t
   他回来时间的温度近似32
1-2 吹 风 器 的 结 构 示 意 图 如 附 图 所 风 道 的 流 通 面
2
260cmA
, 进 入 吹 风 器 的 空
kPap 100
,温度
25
1
t
要求吹风器出温度
47
2
t
,试定流过器的空的质量流
量以及吹风器出的空气平度。电加热器的率为 1500W
1-3 淋浴器的喷头正常工时的水量一为每分
3
1000cm
冷水通过热器从 15热到 43
热器的率是多?为了节出可以用过后的热水(温度为 38入一个换热器
去加热进入淋浴器的冷水。如果该换热器能冷水热到 27,试计算回收换热器后洗澡 15min
以节
热器的率:
15 可节的能量:
1-4 对于附图所示的两种水平夹层,试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同?如果要通过实
中流体的导热系数,应用哪一种布置
a)中热量交换的方式主要为热传导。
b)热量交换的方式主要有热传导和然对流。
如果要通过实夹层中流体的导热系数,应用(a布置
1-5 1
2圆球表面与空之间的换热方式。
2圆球为表面传热方式热。
1)换热方式:a然对流换热;(b然对流与制对流换热相当的过流传热;c制对流换
热;
1-6 宇宙飞船形示于附图中,其中外遮光罩飞船的一个窗口,其表面的温度
直接影响飞船遥感器。体表面各部分的表面温度与遮光罩的表面温度不同。试分析,飞船
行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些?换热的方式是什么?
遮光罩外界发生辐射换热及遮光罩外表与表进行辐射。传热方式为(辐射)
1-7 电偶常用来流温度。如附图所示,用热电偶量管中高温流的温度 Tf
,壁管温度
fw
TT
。试分析热电偶结点的换热方式。
有管内流体对节点的对流换热,沿偶丝到节点的导热和管内壁到节点的热辐射。
1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两之间抽成真空,内胆外外胆射率很
低的。试分析热水瓶具用的因。如果小心破坏了瓶胆上抽气口处的密性,这会影响保
果吗
用的因:内胆外外胆内壁射率很低的,则通过内外胆辐射的热量很真空
是为了减少外胆之间的质,以减少其对流换热的用。如果坏,空进入两层夹缝中形
了内外胆之间的对流传热,从而效果降低。
导热
1-9 12
2
m
260mm1.5W/m.K
25,而表面温度为-5,试次砖墙外界散失的热量。
根据傅立叶定律有:
W
t
A9.2076
26.0
5)(25
125.1
1-10 一炉子的炉墙厚 13cm20
2
m
均导热系数为 1.04w/m.k,内壁温分别是 52050
试计算通过炉的热损失如果所燃用的的发热量是 2.09×104kJ/kg因热损失要少千克煤
根据叶公式
KW
tA
Q2.75
13.0
)50520(2004.1
dKg /9.310
1009.2
2.75360024
4
1-11 夏天阳光照耀在一度为 40mm 的用层压板木门外表面,用热流计木门内表面热流密度
15W/m2变面温度为 40,内表面温度为 30。试此木门度方向的导热系数。
t
q
)./(06.0
3040
04.015 KmW
t
q
1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实中,得到下:管壁均温度 tw=69
tf=20,管子外径 d=14mm段长 80mm8.5w如果全部热量通过对流换热传给
,试问此时的对流换热表面传热系数多大?
根据牛顿冷却公式
 
fw
ttrlhq
2
 
fw
ttd
q
h
49.33W/(m
2
.k)
1-13 于水中的不锈钢束采电加热的方进行力为 1.013
和水沸腾换热实
率为 50W,不束外径4mm段长 10mm,表面均温度为 109。试计算沸腾换热的表
传热系数。
根据牛顿冷却公式有
tAh
2.4423
tA
h
W/(m
2
.K)
1-14 长宽各为 10mm 集成电路芯片在一块地板上,温度为 20的空风扇作用下冷却芯片
芯片许温度为 85芯片与冷流间的表面传热系数为 175 W/(m
2
.K)定在不考射时
片最率时多芯片顶面高出底的高度为 1mm
 
 
 
001.001.0401.001.0./175
2
max
KmWthA
(85-20)
1.5925W
1-15 用均表面电阻带作加件,以进行管内流体对流换热的实如附图所示。用
率表表面热的热流密度为 3500W/
2
m
;用热电偶测温度为 45,内管壁温度
80。设热量沿向传递,好,试计算部表面传热系数。
36mm,壁2mm
题意 3500W/
rlhRlm
22
2
80-45
r=
R
=(18-2)mm=16mm
5.112h
W/(m
2
.K)
1-16 为了说明冬天的温度以及风速体冷暖感觉影响欧美国家天气预报普遍采冷温度的
概念wind-chill temperature)。冷温度是一个当量的环温度,当处于静止冷温度下时其
处于实温、实际风速热量相同。从热计算的度可以将人体简化为25cm
175cm、表面温度为 30圆柱体,试计算当表面传热系数为
 
KmW 2
/15
体在温度为 20
中的热量。在一个有子,表面传热系数增加
 
KmW
2
/50
体的热量又是
冷温度是多
辐射
1-17 有两平板,温度分别为
21
,TT
。试按黑体的性质及斯藩-兹曼定律导出单位面
积上辐射换热量的计算式。(示:无着每一块板发出的辐射能到另一块板上。)
题意
4
11 Tq f
;
4
22
Tq
f
;
的换热量为
)(
4
2
4
1
TTq
1-18 宇宙空间可近似地0K 的真空空间。器在空中行,其表面均温度为 250,表面发
射率为 0.7,试计算器单位表面的换热量。
4
Tq

=0.7
155250)./(1067.5
4428
KmW
W/
2
m
1-19 1-14 中,及底板置一个机壳均温度为 20芯片的表
0.9,其条件不变,试芯片率。
 
00014.0])27320()27385[(1067.59.0
448
4
2
4
1
辐射
TTA
P
辐射对流
1.657W
1-20 0.5 m 球状器在空中行,其表面发射率为 0.8器内件的175W
有从宇宙空间任何辐射能量,试算其表面的均温度。
件的发热量器的辐射热量
4
TQ

摘要:

第一章绪论思考题1.试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。2.以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。答:①傅立叶定律:dxdtq,其中,q-...

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