传热学习题5教学文案Word格式文档下载.docx

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若要求的加热功率为8790W，试求所需换热器的换热面积。

1-5一电炉丝，温度为847℃，长1.5m，直径为2mm，表面发射率为0.95。

试计算电炉丝的辐射功率。

1-6夏天，停放的汽车其表面的温度通常平均达40～50℃。

设为45℃，表面发射率为0.90，求车子顶面单位面积发射的辐射功率。

1-7某锅炉炉墙，内层是厚7.5cm、λ=1.10W/（m·

K）的耐火砖，外层是厚0.64cm、λ=39W/（m·

K）的钢板，且在每平方米的炉墙表面上有18只直径为1.9cm的螺栓[λ=39W/（m·

K）]。

假定炉墙内、外表面温度均匀，内表面温度为920K，炉外是300K的空气，炉墙外表面的表面传热系数为68W/（m2·

K），求炉墙的总热阻和热流密度。

1-8有一厚度为δ=400mm的房屋外墙，热导率为λ=0.5W/（m·

K）。

冬季室内空气温度为t1=20℃，和墙内壁面之间对流传热的表面传热系数为h1=4W/（m2·

室外空气温度为t2=－10℃，和外墙之间对流传热的表面传热系数为h2=6W/（m2·

如果不考虑热辐射，试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内、外壁面温度。

1-9一双层玻璃窗，宽1.1m、高1.2m、厚3mm，导热系数为1.05W/（m·

K）；

中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为2.60×

10-2W/（m·

室内空气温度为25℃，表面传热系数为20W/（m2·

室外温度为－10℃，表面传热系数为15W/（m2·

试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。

假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。

第2章　导热基本定律及稳态热传导

2-1一直径为do，单位体积内热源的生成热Φ的实心长圆柱体，向温度为t∞的流体散热，表面传热系数为ho，试列出圆柱体中稳态温度场的微分方程式及定解条件。

2-2金属实心长棒通电加热，单位长度的热功率等于Φl（单位是W/m），材料的导热系数λ，表面发射率ε、周围气体温度为tf，辐射环境温度为Tsur，表面传热系数h均已知，棒的初始温度为t0。

试给出此导热问题的数学描述。

2-3试用傅里叶定律直接积分的方法，求平壁、长圆筒壁及球壁稳态导热下的热流量表达式及各壁内的温度分布。

2-4某房间的砖墙高3m、宽4m、厚0.25m，墙内、外表面温度为15℃和-5℃，已知砖的导热系数λ=0.7W/（m·

K），试求通过砖墙的散热量？

2-5一炉壁由耐火砖和低碳钢板组成，砖的厚度δ1=7.5cm，导热系数λ1=1.1W/（m·

℃），钢板的厚度δ2=6.4cm，导热系数λ2=39W/（m·

℃）。

砖的内表面温度tw1=647℃，钢板的外表面温度tw2=137℃。

（1）试求每平方米炉壁通过的热流量；

（2）若每平方米壁面有18个直径为1.9cm的钢螺栓（λ=39W/（m·

℃））穿过，试求这时热流量增加的百分率。

2-6平壁表面温度tw1=450℃，采用石棉作为保温层材料，λ=0.094+0.000125，保温层外表面温度为tw2=50℃，若要求热损失不超过340W/m2，问保温层的厚度应为多少？

2-7在如图2-32所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度δ远小于直径d。

由于安装制造不好，试件与冷、热表面之间存在着一厚度为Δ=0.1mm的空气隙。

设热表面温度t1=180℃，冷表面温度t2=30℃，空气隙的导热系数可分别按t1、t2查取。

试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。

通过空气隙的辐射传热可以忽略不计。

（Φ=58.2W，d=120mm） 

2-8一铝板将热水和冷水隔开，铝板两侧面的温度分别维持90℃和70℃不变，板厚10mm，并可认为是无限大平壁。

0℃时铝板的导热系数λ=35.5W/（m·

K），100℃时λ=34.3W/（m·

K），并假定在此温度范围内导热系数是温度的线性函数。

试计算热流密度，板两侧的温度为50℃和30℃时，热流密度是否有变化？

2-9厚度为20mm的平面墙的导热系数为1.3W/（m·

为使通过该墙的热流密度q不超过1830W/m2，在外侧敷一层导热系数为0.25W/（m·

K）的保温材料。

当复合壁的内、外壁温度分别为1300℃和50℃时，试确定保温层的厚度。

2-10、某大平壁厚为25mm，面积为0.1m2，一侧面温度保持38℃，另一侧面保持94℃。

通过材料的热流量为1kW时，材料中心面的温度为60℃。

试求出材料的导热系数随温度变化的线性函数关系式？

2-11参看图2-33，一钢筋混凝土空斗墙，钢筋混凝土的导热系数λ=1.53W/（m·

K），空气层的当量导热系数λ=0.742W/（m·

试求该空斗墙的单位面积的导热热阻。

图2-33习题2-11附图

2-12蒸汽管道的内、外直径分别为160mm和170mm，管壁导热系数λ=58W/（m·

K），管外覆盖两层保温材料：

第一层厚度δ2=30mm、导热系数λ2=0.093W/（m·

第二层δ3=40mm、导热系数λ3=0.17W/（m·

蒸汽管的内表面温度tw1=300℃，保温层外表面温度tw4=50℃。

试求

（1）各层热阻，并比较其大小；

（2）单位长蒸汽管的热损失；

（3）各层之间的接触面温度tw2和tw3。

2-13一外径为100mm，内径为85mm的蒸汽管道，管材的导热系数λ=40W/（m·

K），其内表面温度为180℃，若采用λ=0.053W/（m·

K）的保温材料进行保温，并要求保温层外表面温度不高于40℃，蒸汽管允许的热损失ql=52.3W/m。

问保温材料层厚度应为多少？

2-14一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.22×

10-3Ω。

导线外包有厚1mm、导热系数0.15W/（m·

K）的绝缘层。

限定绝缘层的最高温度为65℃，最低温度0℃，试确定这种条件下导线中允许通过的最大电流。

2-15用球壁导热仪测定型砂的导热系数。

两同心空心球壳直径分别为d1=75mm，d2=150mm，两球壳间紧实地充填了型砂。

稳态时，测得内、外表面温度分别为t1=52.8℃，t2=47.3℃，加热的电流I=0.124A，电压U=15V，求型砂的导热系数。

2-16测定储气罐空气温度的水银温度计测温套管用钢制成，厚度δ=15mm，长度l=20mm，钢的导热系数λ=48.5W/（m·

K），温度计示出套管端部的温度为84℃，套管的另一端与储气罐连接处的温度为40℃。

已知套管和罐中空气之间的表面传热系数h=20W/（m2·

K），试求由于套管导热所引起的测温误差。

2-17同上题，若改用不锈钢套管，厚度δ=0.8mm，长度l=160mm，套管与储气罐连接处予以保温使其温度为60℃，试求测温误差为多少？

2-18截面为矩形的冷空气通道，外形尺寸为3×

2.2m2，通道墙厚度均为0.3m，已知墙体的导热系数λ=0.56W/（m·

K），内、外墙表面温度均匀，分别为0℃和30℃，试求每米长冷空气通道的冷量损失。

2-19直径为30mm、长为100mm的钢杆，导热系数λ=49W/（m·

K），将其置于恒温的流体中，流体温度tf=20℃，杆的一端保持恒定的200℃（流体与此端面不接触），流体对杆的表面传热系数为20W/（m2·

K），试计算离端头50mm处的温度。

2-20过热蒸汽在外径为127mm的钢管内流过，测蒸汽温度套管的布置如图2-34所示。

已知套管外径d=15mm，厚度δ=0.9mm，导热系数λ=49.1W/（m·

蒸汽与套管间的表面传热系数h=105W/（m2·

为使测温误差小于蒸汽与钢管壁温度差的0.6%，试确定套管应有的长度。

2-21用一柱体模拟燃汽轮机叶片的散热过程。

柱长9cm、周界为7.6cm、截面为1.95cm2，柱体的一端被冷却到305℃（见图2-35）。

815℃的高温燃气吹过该柱体，假设表面上各处的表面传热系数是均匀为28W/（m2·

K），柱体导热系数λ=55W/（m·

K），肋端绝热。

试求：

（1）计算该柱体中间截面上的平均温度及柱体中的最高温度；

（2）冷却介质所带走的热量。

2-22两块厚5mm的铝板，粗糙度都是2.54µ

m，用螺栓连接，接触压力为2MPa，通过两块铝板的总温差为80℃。

已知铝的导热系数为180W/（m·

K），试计算接触面上的温度差。

第3章非稳态热传导

3-1一热电偶的热结点直径为0.15mm，材料的比热容为420J/（kg·

K），密度为8400kg/m3，热电偶与流体之间的表面传热系数分别为58W/（m2·

K）和126W/（m2·

K），计算热电偶在这两种情形的时间常数。

3-2热电偶的热结点近似认为是直径为0.5mm的球形，热电偶材料的ρ=8930kg/m3，c=400J/（kg·

热电偶的初始温度为25℃，突然将其放入120℃的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数h=95W/（m2·

K），试求热电偶的过余温度达到初始过余温度的1%时所需的时间为多少？

这时热电偶的指示温度为多少？

3-3将初始温度为80℃，直径为20mm的紫铜棒，突然横置于气温为20℃，流速为12m/s的风道中，5min后紫铜棒表面温度降为34℃。

已知紫铜的密度ρ=8954kg/m3，c=383.1J/kg·

K，λ=386W/（m·

K），试求紫铜棒与气体之间的表面传热系数。

3-4有两块同样材料的平壁A和B，已知A的厚度为B的两倍，两平壁从同一高温炉中取出置于冷流体中淬火，流体与平壁表面的表面传热系数近似认为是无限大。

已知B平壁中心点的过余温度下降到初始过余温度的一半需要12min，问平壁A达到同样的温度需要多少时间？

3-5内热阻相对于外热阻很小（Bi<

0.1）的物体被温度为tf的常温介质所冷却。

物体的初始温度为ti，表面传热系数不知道，只知道τ1时刻物体的温度为t1。

试求该物体温度随时间的变化关系。

3-6一厚度为0.2m的钢板受到常热流密度q=10kW/m2的热流加热，如钢板初始温度为20℃，已知钢材导热系数λ=48.5W/（m·

K），a=12.7×

10-6m2/s，试问4min后钢板表面温度为多少？

距表面0.1m处温度为多少？

3-7一长水泥杆，初始温度为7℃，直径为250mm，空气与水泥杆之间的表面传热系数为10W/（m2·

K），水泥杆的导热系数λ=1.4W/（m·

K），a=7×

10-7