《传热学》课后习题答案(第四版)

第 1 章 1： 电热器的加热功率： 5 060 )1543(101 0 0 15 分钟可节省的能量： 27 5 2 4 0 0)1527(15101 0 0 33 1：10(26311)(2121 如果取 ，则 10(26311)(2121 即随室外风力减弱，散热量减小。但因墙的热阻主要在绝热层上，室外风力变化对散热量的影响不大。 第 2 章 2：按热平衡关系有： )(1 222121，得： )2550(，由此得： ,397.0 B 2：由 0)(21 21 从附录 5查得空气层的导热系数为 双层时： 20(20 21 空气空气玻璃玻璃单层时： 20(20)( 21 玻璃玻璃 两种情况下的热损失之比： )( 7 2 倍：这是一个通过 双层圆筒壁的稳态导热问题。 由附录 4 可查得煤灰泡沫砖的最高允许温度为 300 。 设 矿渣棉与媒灰泡沫砖交界面处的温度 为 有 23212121)( （ a） 2322121122 （ b） 651100(00( ww 此可解得： 300 又由式 （ a）可知，在其他条件均不变的情况下， 增加 煤灰泡沫砖的厚度 2 对 将使3而 损失 将减小； 又由式 （ b）左边可知 升高。 2：本题为通过圆筒壁的传热问题 2211121212111对流对流导热(1)换热表面洁净时： （ 2）外壁结烟灰时： （ 3）内壁结水垢时： 2：（ 1）材料 A 紧贴壁面时，每米长管道的总热阻为 5 04 0 1 0 02 5 )(23121 （ 2）材料B 紧贴壁面时，每米长管道的总热阻为 6 04 0 1 0 02 5 )(23122 因内、外表面 温差不变，故散热损失与热阻成反比： )( 5 料 A(导热系数较小 )紧贴壁面时，散热损失较小。对于平壁，这种影响不存在。 2：由于储液容器采取了良好的保温措施，保温层的热阻是整个散热过程的主要热阻，故暂时可忽略两侧的对流热阻，按通过球壁的导热过程估算其散热量： 54 400 液氮每天的蒸发量： 3 2： ， )1(0 将上面两式 应用于 0x 间，有 01002 )60100(11000 0 b，即 )801(40100 b 将上面两式应用于 0x 间，有 01002 )40100(11000 0 b，即 )701(60200 b 由上述两式联立，可解得： )/1(0 0 9 0 9 1 6 2 580()l n (n (2 第 3 章 3由附录 5 得 4 0 109 25 又由已知条件可得： m ， 0 52 由附录 16 图 1 查得 i ，所以 2/ 炉底为耐火材料 , 故可近似地认为炉底外表面是绝热的 , 故可看成是厚 的无限大平板两侧对称受热的非稳态导热问题 . 1 图 3得： 80.0即： t， 1 4 7 0 01 6 0 0 0 7 9 0 025 1 6 0 01 4 7 50 m 。由图 3得： o 即： 5 0105 22 第 6 章 6-7 222222)444)4(;)()(44)3(;222)2(;2)(24)1(61) 换热类型 ：管内强迫对流换热 (2) 定性温度 ：流体平均温度 (115+65)/2=90 物性参数 (空气 ): (0 0 0 4 9 7 (0 3 1 特征长度 ： 管子内 径 (3) 特征流 速 : 0 1 7 4 221 流态 : )(6 湍流 ) 各种修正系数 : 直管 ， ； 温差fw =1800 50 ， 应进行温差修正 ； 管长未知 ， 故 先假定 (5) 选用公式 : (气 体被加热 ) (6) 与表面传热系数 h: 80273 90273 2 )/( (7) 由热平衡关系求管长 L： 1 51 1 5(0 0 2 0 9 ()( 11 热平衡关系 ： )()()( 所以： 0180( （ 8） 验算管长 不满足假定）， 故应进行入口效应修正 (9) 假定 L 重新计算 假定 L=;(1 , 8 (与假定值不符 ) 再假定 L=(1 , 与假定值基本相 符 , 故 ： L= 2/ 61) 换热类型 ：管 槽 内 (环形空间 )强迫对流换热 (2) 定性温度 ：流体平均温度 (30+50)/2=40 物性参数 (水 )： )/( 特征 长度： 当量直 径 (3) 特征流速 ： 28 5 42222 流态 ： )(6 湍流 ) 各种修正系数 ： 管长未知，故先取 ；直 管 ， 温差fw =1000 30 ，故 应进行温差修正 (5) 选用公式 ： (液体被加热 ) (6) 与表面传热系数 h 计算 : )/( (7) 由热平衡关系求管长 l ： 5 4 2)3050(4 1 7 48 5 ( 热平衡关系 : )()()( 所以： 0100(050()( 3 （ 8） 验算管长 6 （满足假定），所以所求管长即为 (9) 管子出口局部热流密度 22 /0100( 6解 : (1) (3) 同前 , 另有 w(4) 选用 式 : )(1)1( P 000) ( R 3/23/2 (5) 与表面传热系数 h 计算 : 0 0 2 7 6 9 设 ，则 )(1 3/23/2 90 0 )1 0 0 01 6 6 9 2()8/0 2 7 3/2 )/( (6) 由热平衡关系求管长 L： 5 4 2)3050(4 1 7 48 5 ( 热平衡关系 ： )()()(l 所以： 01 0 0( 6 5 4 2)( （ 7） 验算管长 将管长的计算值 (假定值 (较，两者基本相同，即满足假定。 所以所求管长即为 (8) 管子出口局部热流密度 22 / 7 3 0 8 5)50100( 6： (1) 换热类型 ：管内 (螺旋管 )强迫对流换热 (2) 定性温度 ：流体平均温度 假设 60 ， 则 (20+60)/2=40 物性参数 (水 ): )/( 特征长度 ：管子内径 d=3) 特征流速 ： 流态 ： )(6 湍流 ) 各种修正系数 ： 管长 L=4 D=L/d=5760， 故 螺旋管 ， +10.3(d/R)3=1+= 温差fw =800 30 ， 应进行温差修正 ； (5) 选用公式 ： (液体被加热 ) (6) 与表面传热系数 h 计算： )/( (7) 对流换热量 ： 4080( (8) 检验出口温度 ： 由热平衡关系 : 0(0(4)(22 , 该值 与假定值有一定差别 ,故重新计算 。 经多次试算后可得 : 63 61) 换热类型 ： 外掠平板强迫对流换热 (2) 定性温度 ：平均膜温 (20+150)/2=85 物性参数 (空气 ): (6 特征长度：散热片长度 L=0. 12m (3) 特征流速 ： 001 0 003021 流态 ： )(6 层流 ) 选用公式 ： (外掠平板强迫对流层流 ) 3 8 (5) 表面传热系数 h： )/( (6) 肋片的散热量 ： w 0150(2 61) 换热类型 ： 外掠 单管 强迫对流换热 (2) 定性温度 ：平均膜温 (31+15)/2=23 物性参数 (空气 ): 0 (0 2 6 6 特征长度： 外径 d=0. 35m (3) 特征流速 ： 84 2 平均速度流态 ： 46 (4) 选用公式 ：按表 (外掠平板强迫对流层流 ) 6 0 7 (5) 表面传热系数 h： )/( (6) 单位时间 散热量 ： w 3)1531( （ 7） 2 个半小时内共散热： 61) 换热类型 ：外掠管束 (叉排 )强迫对流换热 (2) 定性温度 ：流体平 均温度 133 物性参数 (空气 )： 6 8 1 8 4 (0 3 4 3 6 特征长度 ：管子外径 d=0. 04m (3) 特征流速 ： 6流态 ： 536m a x 102 即 又有 21 (4) 选用公式 ： 根据 21/值及管排数 n=10， 由表 69 查得： (5) 表面传热系数 h： )/( 6 换热类型 ： 竖平板 及 水平板的大空间自然对流换热 定性温度 ：平均膜温 28+12） /2=20 物性参数 (空气 )： 0 0 2 5 6 (1)侧面 ： 换热类型 ：竖平板的大空间自然对流换热 特征长度 ：平板长度 L=726323 228( 选用公式 ： 4/1P r)( 努塞尔数及 表面传热系数 的计算： r )(74/1 散热量 ： )(228(111 w (2)上表面 ： 换热类型 ：水平板冷面朝上 (相当于热面朝下 ) 大空间自然对流换热 特征长度 ： ml （因 l 5626323 228( 选用公式 ： 4/1P r)( 努塞尔数及 表面传热系数 的计算： r )(64/1 散热量 ： )(228(222 w (3)下表面 ： 换 热类型 ：水平板冷面朝下 (相当于热面朝上 ) 大空间自然对流换热 特征长度 ： 同上表面 7626323 228( 选用公式 ： 4/1P r)( 努塞尔数及 表面传热系数 的计算： r )(64/1 散热量 ： )(228(333 w (4)单位管长管道的总散热量为 ： 注意 ： 本题中， 侧面与上、下两表面的特征尺寸不同，故 亦不同 。 6 1）加夹层时： 换热类型 ：水平空气夹层 自然对流换热 定性温度 ： 夹层 平均温 度 （ 90+30） /2=60 物性参数 (空气 )： 6 特征长度 ： 夹层厚 =626323 090( 选用公式 ： 3/1P r)(面传热系数 的计算： r )(63/1 散热量 ： )(090( (2) 无夹层时： 换热类型 ：水平板大空间 自然对流换热 （热面朝上） 定性温度 ：平均温 度 tw+t )/2=（ 90+20） /2=55 物性参数 (空气 )： 9 0 2 8 6 6 特征长度 ： 1 7726323 090( 选用公式 ： 3/1P r)( 努塞尔数及 表面传热系数 的计算： r )(73/1 散热量 ： )(090( 第 9 章 91) 2 1 2,1 121,2122,11,222,111,2 2) 1 22121,2122,11,222,111,2 (3) ,122121,2122,11,222,111,2 (4) 设想在球的顶面也有一块无限大平板 3(如右图 )， 由角系数的完整性，可得 13,12,1 2,12,13,12,1 由对称性又有 9b)由线算可查得 2 2 1,2 21,21,2 , 所以21,21,2 由角系数的相对性， 0 4 2 )(,21,2121,2122,1 9设开口处为表面，表面和服为 余沟槽表面为 有： 212,1211,21,222,112,1 ,1 (a) s 2/(2211,2 (b) 2211,2(c) s 211,2 层中的对流换热与导热可忽略不计，只需考虑辐射而引起的换热： 222 100()100( 442142410天又/220,/333223孔为“ 1”，面积为 腔为“ 2”总表面积为 ： )()( 12212221221222242211 23222 107 3 0 1 m ,12,1 X 34212,1211,21,222,11 又有： 1 ， 01 1。所以： 2,1122221112,11222121,2 11111热损失(1) ,12 00(1144420122,112,112222 热损(2) , b 12222 热损9辐射系统如下图所示 : 其中，表面 1 为温度等于炉温的黑体，表面 2 为温度等于室温的黑体，表面 3 为重辐射面。 网络图如上面右图所示。 244202244101/00(/00( 1 9 31 6 1,8 3 6 2,112,12,13,12,10 1 8 2 3,12,123,113,23,1:21 间的总热阻为与 E 总总9两圆盘表面分别记为 1、 2，第三表面记为 3， 221 24 由角系数线算图查得： 3,11,22,1 244202244101/00(;/00(1 系统 的辐射网络图如下： 其中 : 13,23,12,112,122221111) “ 3”为大房间时： 244303 /00( b 对节点 列出下列方程： ,31211 ,32122 将321 ,1 01 9 3 9 2 0 1,01 9 3 8 0 6 1 1221 得： 2221 /2 8 7 2,/7 0 1 5 。 故： E 8 7 22 8 3 8, 0 1 52 0 2 4 422221111 (2) “ 3”为绝热腔时： 21,的等效热阻为 4 6 1 6 8 3 1113,23,12,1* 21 838202441121 ( 2221 / 4 3,/ 1 1 2 ) 9;/00( 244101 1 b 244202 /00( b (1) 无遮热罩时 ,单位长度圆筒上的辐射换热量 (1(12211211 1 (2) 加遮热罩 3 后 , 其辐射网络图为 : 其中 : ;1;1111 112222,333,22 单位长度圆筒上的辐射换热量为 : 23333,1111121 1底为 1，四周为 2，炉顶为 3。辐射网络图为： 其中 : ;/1 6 3 1 00( 244101 1 b 244202 /00( b 13,224323,112211112,13,23,10 2 1 2 51111432* E 1 1 射网络图 分别 为 : 根据已知条件可列出下面两个方程：