2-1冬天,经过在白天太阳下晒过的棉被,晚上盖起来感到很暖和,并且

1、2-1冬天，经过在白天太阳下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打后，效果 更加明显。试解释原因。 解：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而且空气在狭小的棉絮空间里 的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20 C, 1.01325 xiOPa时，空气导 热系数为0.0259W/ (m K),具有良好的保温性能。经过拍打的棉被可以让更多的空气进 入，因而效果更加明显。 2-2 冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？ 解：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自 然对流换热(不考虑热辐射或假定辐射换热量相

2、同时)。而空气的强制对流换热强度要比自 然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。 2-3试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。 解:有以下换热环节及热传递方式： (1) 由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热； (2) 由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热； (3) 由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。 2-4 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 X10-2W/ (m K);室内空

3、气温度为25C。 表面传热系数为20W/ (卅K);室外空气温度为-10C,表面传热系数为15W/ (卅K)。试 计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗想比较。假定在两种情况下室内、外空气温 度及表面传热系数相同 解: (1)双层玻璃窗情形，由传热过程计算式: tfl 乜 _A (ft if?) _!123 J 丄 111212 丄 hi A 1A . 2A 3 A b A h . 1 /.2 3 h2 1.1 汉 1.2 疋 25( 10)】 13 105 103 101 + 201050.02610515 = 146.8W (2)单层玻璃窗情形: A(t f! -t f2 ) 1 0,

4、b=0,bt2，当b0时，显然 (ti) (t2),所以|空|x* |虫良二，故温度分布曲线如图2-2( a) dxdx 所示。同理，b=0,bi =20W. m,由牛顿冷却公式 I - hA( tw _tf ) = hdL(tw -tf ) h 二 nd(tw -tf) =20.n 0.110(55 - 25) L 2122W. (m2 K) 11 定性温度怙= (tw -tf ) =(25 -55)=40 C 22 空气的物性值：心 0.0276W/(m K), v 1696 16( m2 s) ,pr=0.699 由此得 hd2122 汉 0.1汉10亠 Nu10=7689 入0.0 2

5、 7 6 假设 Re数值范围在40-4000，有 1 Nu =CRenPr3，C =0.683，n =0.466 既 1 7689 = 0.683 Re0466 0.6993 得 R =233.12符合上述假设范围。 故 u二-Re233.12 16.96 10启/0.1 10”=39.54m/s d 2-11水以2kg/s的质量流量流过直径为40伽，长为4m的圆管，管壁温度保持在90 C,水的进 口温度为30 C。求水的出口温度和管子对水的散热量。水的物性按 40 C查取。不考虑由温差 引起的修正 解：本题属于水在管内的强制对流换热。40 C水的物性参数如下 -=0.635W/ (m k)

6、, Cp =4174J/(kg k), n 6533 10_6Pa s,Pr =431 Re 44 = 9.745 1010 4qm4 2 n d n n 0.04 653.3 10 * 属湍流，考虑到水被加热，取公式 Nu =0.023 (9.745 104)08 (4.31 )仁 404.1 404.1 0.653 0.04 -6597.6W/( m2 k) 由题意，l/d=4/0.04=10060,C l=1,且不考虑温差修正，Ct=1。 出口水温度为： t、tw(tw -tf )exp( hP qmCp l) =90- (90-30) exp (- n 0.04 6597.6 4 2x

7、4174 =49.7 C 管子对水的散热量 G =qmcp(t； -tf ) =2 4174 ( 49.7 30)= 1.64 1 05W 2-12 一套管式换热器，饱和蒸汽在管内中凝结，使内管外壁温度保持在100 C,初温为25 C, 质量流量为0.8kg/s的水从套管换热器的环型空间中流过，换热器外客绝热良好。环形夹层内 管外径为40伽，外管内径为60伽，试确定把水加热到55 C时所需的套管长度，及管子出口截 面处的局部热流密度。不考虑由温差引起的修正。 Nu入 de 93.3 0.635 0.02 = 2962.3W/( m2 K) 解：由定性温度 1 1H1 tm(tf tf )(25

8、*55)=40 C,得水的物性参数 2 2 店 0.635W, (m k),n653.3 10J3Pa s Cp =4174J. (kg k),Pr=4.31 当量直径 de 二 d2 P = 6040 = 20mm = 0.02m Re 二 P 叭 4qm4 081 559)1 nnn 2(dd1) 653.3 10 (0.06 0.04) 水被加热 Nu =0.023Re8Pr. 0.023 (15591.5)0.8 (4.31)04 = 93.3 假设换热达充分发展Cl=1 换热量 III G 二qmCp(tf _tf)=0.8 4174 ( 55 - 25) = 100176W ：-h

9、A(tw -tm)=h二dl(tw -tm) 所以 ,100176一 c厂 l4485 m h二d(tw -tm)39623n 0.04 (100-40) 新=4.485 =224 . . 60 de002 故不考虑管长修正 管子出口处的热流密度按下式计算 q0 =h(tw _tm) =29623 (100-55)=1 3 Bw m2 m2 2-13 人造卫星在返回地球表面时为何容易被烧毁？ 解卫星在太空中正常运行时，其表面的热量传递方式主要依靠与太空及太阳等星体的辐射。 而在返回地面的过程中，由于与大气层之间的摩擦，产生大量的热量，无法及时散热，因而 易被烧毁。 2-14 一直径为0.8m的

10、薄壁球形液氧储存容器，被另一个直径为1.2m的同心薄壁容器包围 两容器表面为不透明漫灰表面，发射率均为 0.05，两容器表面之间是真空的，如果外表的温 度为300K，内表面温度为95K，试求由于蒸发使液氧损失的质量流量。液氧的蒸发潜热为 2.13 X105 J/kg 解：本题属两表面组成封闭系的辐射换热问题，其辐射网络如图2-3所示。 其中E = 4 =5.67 10$ (300)4 =459.27W/m2 b1 E =叔=5.67 10 954 =4.62Wm2 b2 X2,1 - 1 1 ,2 n 082 2.01m2 2 n 12 Eb1Eb2 1 A2X2,1 4 .62 1 459.

11、27 1 0.051 0.05 2014524005 005 4.524 = 32.77W 故由于蒸发而导致液氧损失的质量流量 1,232.77 qmr 213 105 4 154 10 kg/s 0.554 kg h 2-15某炉墙内层为粘土砖，外层为硅藻土砖，它们的厚度分别为S1=460mm ; S2=230mm , t3=100 C，求稳态时通过炉墙的导热通量和两层砖交界处的温度。 解：按试算法，假定交界面温度 t2=900 C，计算每层砖的导热系数 入 0.7 0.64 103 1400 900) 2 丿 1436 k 014012 10 3 900 100 2 0.20 tw1 tw

12、2 S1S2 14360.20 再按式（13-12 ）计算界面温度 1400 884.2 0-461 1 1.4 36 1400 046 根据式（13-10 ）计算通过炉墙的热通量 100 c 884.2 0.23 t2 tw1 q S1 入丿 故 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸发而导致液氧损失的质量流量 qm 1 ,2 r 32

13、.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s tw1tw2 s1s2 1400 0.46 1.436 0.20 再按式（ 13-1 2 ）计算界面温度 1400884.20.4611 1.436 t2 t w1 q sk1 k1 168 C 0.554 kg h 2-15 某炉墙内层为粘土砖，外层为硅藻土砖，它们的厚度分别为S1=460mm；S2=230mm ， 导热系数分别为 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。炉墙两侧表 面温度各为 t1=1400 C ；t3=100 C ，求稳态时通过炉墙的导热通量和两层砖交界处的温度。 解：按试算法

14、,假定交界面温度 t2=900 C ,计算每层砖的导热系数 入 0.7 0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900 100 10 2 0.20 WmC 根据式（13-10）计算通过炉墙的热通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸发而导致液氧损失的质量流

15、量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某炉墙内层为粘土砖，外层为硅藻土砖，它们的厚度分别为S1=460mm；S2=230mm ， 导热系数分别为 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。炉墙两侧表 面温度各为 t1=1400 C ；t3=100 C ，求稳态时通过炉墙的导热通量和两层砖交界处的温度。 解：按试算法,假定交界面温度 t2=900 C ,计算每层砖的导热系数 入 0.7 0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900

16、 100 10 2 0.20 WmC 根据式（13-10）计算通过炉墙的热通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸发而导致液氧损失的质量流量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某炉墙内层为粘土砖，外层为硅藻土砖，它们的厚度分别为

17、S1=460mm；S2=230mm ， 导热系数分别为 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。炉墙两侧表 面温度各为 t1=1400 C ；t3=100 C ，求稳态时通过炉墙的导热通量和两层砖交界处的温度。 解：按试算法,假定交界面温度 t2=900 C ,计算每层砖的导热系数 入 0.7 0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900 100 10 2 0.20 WmC 根据式（13-10）计算通过炉墙的热通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(

18、2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸发而导致液氧损失的质量流量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某炉墙内层为粘土砖，外层为硅藻土砖，它们的厚度分别为S1=460mm；S2=230mm ， 导热系数分别为 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。炉墙两侧表 面温度各为 t1=1

19、400 C ；t3=100 C ，求稳态时通过炉墙的导热通量和两层砖交界处的温度。 解：按试算法,假定交界面温度 t2=900 C ,计算每层砖的导热系数 入 0.7 0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900 100 10 2 0.20 WmC 根据式（13-10）计算通过炉墙的热通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05

20、 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸发而导致液氧损失的质量流量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某炉墙内层为粘土砖，外层为硅藻土砖，它们的厚度分别为S1=460mm；S2=230mm ， 导热系数分别为 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。炉墙两侧表 面温度各为 t1=1400 C ；t3=100 C ，求稳态时通过炉墙的导热通量和两层砖交界处的温度。 解：按试算法,假定交界面温度 t2=900 C ,计算每层砖的导热系数 入 0.7

21、0.64 10 31400 900 2 1.436 WmC k 0.140.12 10 3900 100 10 2 0.20 WmC 根据式（13-10）计算通过炉墙的热通量 100 884.2 0.23 A1 n d 2 n 082 2 2.01m2 A2 n(2 2 n 12 4.5 2 4 卅 ,2 1 Eb1 Eb2 1 1 qAi A2X2,1 2 A2 459.27 4.62 1 0.05 1 1 0.05 0.05 2.01 4.524 0.05 4.524 = 32.77W 故由于蒸发而导致液氧损失的质量流量 qm 1 ,2 r 32.77 2.13 105 1.54 10 4 kg/s 0.554 kg h 2-15 某炉墙内层为粘土砖，外层为硅藻土砖，它们的厚度分别为S1=460mm；S2=230mm ， 导热系数分别为 入0.7 064 10 3t WmC,A 0.14 012 10 3t WmC。炉墙两侧表