热工基础习题答案

1、9.4 题略已知： 1=1.3 W/ （m）1= 0.02 m2= 0.35 W/ （m）2qmax= 1830 W/m2t w1 =1300 t w2 = 30 求：解：由多层壁导热公式：tq1212可得1300 30 0.02 0.351830 1.30.2375 m结论：保温层最小厚度为 237.5 mm。9.5 题略此题 3 层圆筒壁导热问题 （1）每米管长的各层热阻分别为（由内向外排序）每米管长的总热阻2）每米管长的热损失为3）各层接触面的温度由于通过每层的 ql 相同，即qltw1tw2l1同理， tw3 tw2 qlR l 2 293.88 367.8 0.283 189.79

2、9.7 题略已知：d 50mm； 85W/(m)；a 2.95 10 5m2/s；t0 300 ；tf 36 ；h 30W/(m2 )；t 90求：铜球达到 90时所需的时间解： Bi hR 30 0.025 0.0088104(湍流)f f 16.96 10 6由管内湍流强迫对流换热准则方程： Nu f 0.023Re 0f.8 Prf0.4 ctcl cR得：h 0.023 f Ref0.8Prf0.4ctclcRdi f f t l R0.55本题气体被加热， ct Tf；管长未知，暂取 cl =1，最后进行校合。 cR =1Tw由热平衡关系： dilh(tw tf )di2uf f c

3、p(tf tf )410.7 空气在内径为 50mm的管内流动，流速为 15m/s，壁面温度 t w100，管长 5m。如 果空气的平均温度为 200，试求从空气到壁面的表面传热系数 h 和空气传给壁面的热量。已知： d 0.05m u 15m/s tw 100l 5 m tf 200求：对流换热系数 h 及换热量 解：根据 tf 200 ，查附表 9，得：3.93 10 2W /(m k) ；34.85 106 m2/s； Prf 0.680 ；Refudf15 0.05034.85 10421521 104 ；属于旺盛紊流，选用公式（ 10.17a ）， ct 1， cl 1，cR 111

4、12补充例题： 一电炉的电功率为 1kW，炉丝温度 847，直径为 1mm，电炉的效率（辐射功 率与电功率之比）为 0.96 。试确定所需炉丝的最短长度。若炉丝的发射率为 0.95 ，则炉丝 的长度又是多少？解： AEbW0.96 2 r lCoT41000.96W若0.95，AEA Eb 0.96 ； l2l13.4253.601 mW20.950.9511.6 玻璃暖房的升温作用可以从玻璃的光谱穿透比变化特性得到解释。有一块厚为 3 mm 的玻璃，经测定，其对波长为 0.3 2.5 m的辐射能的穿透比为 0.9，而对其它波长的辐射 能可以认为完全不穿透。试据此计算温度为 5800 K的黑体

5、辐射及 300 K的黑体辐射投射到 该玻璃上时各自的穿透比。解：1 2 Eb( 21)1 2 (Fb(0 2 )Fb(0 1 )EbEbEb当 T 5800K 时，1T 0.3 5800 1740 m K ；2T 2.5 5800 14500 m K ；查表 10-1 得：Fb(0 0.3)3.2956 % ；0 0.2.5)96.5625 % ；0.9 (96.5625 3.2956)% 83.94%当 T 300K 时， 1T 0.3 300 90 m K ；2T 2.5 300 750 m K ；查表 10-1 得： Fb(0 0.3) 2.907 10 3 % ；0 0.2.5)24.

6、225 10 3 %；0.9 (0.024225 2.907 10 3)% 0.0192 %温度越高，在 0.3-2.5 m (主要为可见光和红外线 )的辐射能越大，投射到玻璃上时的穿透比也越大。11.7 用热电偶温度计测得炉膛内烟气的温度为 800，炉墙温度为 600。若热电偶表面 与烟气的对流换热系数 h=500W/(m2 ) ，热电偶表面的发射率为 0.8 ，试求烟气的真实温 度。2.已知： t1 = 800 ， t w = 600, h=500 W/(m2.)，1= 0.8求：t f =？解：本题可由热平衡法求解热辐射：A1A211A1 b(T1Tw )对流换热： 2 hA1(Tf T

7、1)在稳态下：1 2Tf T11 b (T14 Tw4 ) 1140.56K 867.56 h b 1 w为减少测量误差，可利用以下措施： 减少 ?1 （采用磨光 热电偶表面 的方法，但往往由于生锈和污染而降低效果） ； 提高接点处的 h 值（可采用抽气装置来加大流速） ； 管外敷以绝热层，使 Tw； 加设遮热罩（遮热罩两端是空的，使废气能与接点接触） 。 接点与壁面之间有辐射换热，其辐射换热量即为接点的热损失，这一损失，应通过 废气对接点的对流换热进行补偿。11.9 在图 422所示的半球状壳体中， 发射率 3 0.475的半球表面 3处于辐射热平衡； 底 部圆盘的一半表面 1 为灰体， 1

8、 0.35 ，T1 555K ；圆盘另一半表面 2 为黑体， T2 333K 。半球的半径 R 0.3m。试计算：（1）表面 3的温度；（2）表面 1和2的净辐射 传热量。解：分析： 表面 1和 2之间的角系数为零，所以表面 1和2的净辐射传热量为零；表面 3处于辐射热平衡，即表面 3从表面 2 得到的热量等于表面 3向表面 1辐射的热量。则其中： A1=A2，X2，3 =X1，3 =1，除 Eb3 外，其余均为已知量，带入可求得 Eb3，从而求得表面 3的温度 T3第十二章 传热过程和换热器热计算基础12.1 冬季室内空气温度 t f1=20，室外大气温度 t f2=10，室内空气与壁面的对

9、流换热 系数 h1=8W/(m2 ) ，室外壁面与大气的对流换热系数 h2=20W/(m2 ) ，已知室内空气的 结露温度 t d=14，若墙壁由 =0.6W/(m ) 的红砖砌成，为了防止墙壁内表面结露， 该墙的厚度至少应为多少？解：传热问题热阻网络 ：热流密度tf1 tf 2tf1 tf2RC1 R RC 211h1h21)若墙壁内壁面温度 t =t d=14时会结露， 由于串联热路中 q 处处相等，所以tw1t f 2RRC2tw1 t f 21h22)(1)、(2)联立求解，可求得 q 和墙的厚度。12.5 一直径为 2mm、表面温度为 90的导线，被周围温度为 20的空气冷却，原先裸

10、线 表面与空气的对流换热系数 h=22W/(m2) 。如果在导线外包上厚度为 4mm的橡胶绝缘层， 其导热系数 =0.16W/(m) ，绝缘层外表面与空气的对流换热系数 h=12W/(m2 ) ，若 通过导线的电流保持不变，试求包上橡胶绝缘层后的导线温度t w及该导线的临界绝缘直径dc。解：未包绝缘层时，每米导线对空气的传热量为：由于包上绝热层后电流保持不变，则传热量亦不变。即：其中：tf 20 ；h2 12W/(m2)；d2 (2 8) 10 3m；d1 2 10 3m则得： tw 33.36 90临界直径 dc 2 ins 2 0.16 2.6 10 2 mc h212导线直径远小于 dc，所以包裹绝缘层后有利于散热。12.9 设计一台 12 型壳管式换热器，要求把体积流量为 40m3/h 的透平油(密度 1=880 kg/m3，cp1=1.95 kJ/(kg K)从 57冷却到 45。冷却水在管内流动，进入换热器的温度 为 32，温升不大于 4，查表得到 cp,2 4.174 kJ /(kg K) 。油在管外流动。若水侧和 油侧的对流换热系数分别为 5000W/(m2)和 400W/(m2)，计算冷却水流量和所需的换 热面积。qv,1 1 cp,1 t1 t1cp,2 t2 t2解：传热量qm,1 cp,1 t1 t1