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（20，1.0132510Pa 时，空气导热系数为0.0259W/（mK），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同时）。而空气的强制对流换

2、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/（mK）；中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为2.6010-2W/（mK）；室内空气温度为25。表面传热系数为20W/（K）；室外空气温度

3、为-10，表面传热系数为15W/（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： =（2） 单层玻璃窗情形： 显然，单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。因此，北方的冬天常常采用双层玻璃窗，使室内保温。2-5 一外径为0.3m ,壁厚为5mm的圆管，长为5m，外表面平均温度为80 。200 的空气在管外横向掠过，表面传热系数为80W/（K ）。入口温度为20 的水以0.1m/s的平均速度在管内流动。如果过程处于稳态，试确定水的出口温度。水的比定压热容为4184J/(kgK)，密度为

4、680Kg/m3。解：（1）管外空气与管子之间的对流换热量： （2）由于过程处于稳态，管外空气所加的热量由管内水带走，因此， 其中为管内流通截面积，=。故出口温度为 =2-6 平壁与圆管壁材料相同，厚度相同，在两侧表面温度相同条件下，圆管内表面积等于平壁表面积，试问哪种情况下导热量大？解：由题意，平壁导热量 圆管壁导热量 故换热量之比： 显然，所以圆管壁的导热量大。2-7 在严寒的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？解：在其他条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0.5W/（mK ）（35），而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热（即忽略自然对流）时，其导热系数很

5、低，是很好的绝热材料。因而用多孔空心砖好。2-8 厚度为的单层平壁，两侧温度分别维持在t1及t2，平板材料导热系数呈直线变化，即（其中a,b为常数），试就b0,b=0,bt2，当b0时，显然(t1)(t2),所以，故温度分布曲线如图2-2（a）所示。同理，b=0,b60,Cl=1,且不考虑温差修正，Ct=1。出口水温度为: =90-（90-30）exp（-） =49.7管子对水的散热量 =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，初温为25，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，外管内径为60，试

6、确定把水加热到55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。解：由定性温度 ，得水的物性参数 当量直径 水被加热 假设换热达充分发展Cl=1 /(K)换热量 所以 m 故不考虑管长修正。管子出口处的热流密度按下式计算 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

7、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2.13105J/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 故 = =故由于蒸发而导致液氧损失的质量流量 kg/s 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 ， 。炉墙两侧表面温度各为t1=1400；t3=100，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，计算每层砖的导热系数 根据式（13-10）计算通过炉墙

8、的热通量 再按式（13-12）计算界面温度 将求出的t2与原假设的t2相比较，若两者相差不大（工程上一般小于4%），则计算结束，否则重复上述计算，直到满足要求为止。现在两者相差甚大，需重新计算。重设t2=1120 2-16 热介质在外径为d2=25mm的管内流动，为减少热损失，在管外敷设绝热层，试问下列两种绝热材料中选用哪一种合适;(1)石棉制品，；（2）矿渣棉，。假定绝热层外表面与周围空气之间的给热系数。解：据式（13-38），计算临界绝热层直径。 对于石棉制品 m对于矿渣棉 m可见，在所给条件下，用石棉制品作绝热层时，因为敷设绝热层，热损失将增加，故不合适。而用矿渣棉作绝热层时，所以是合适

9、的。2-17 平均温度为30的水以0.4/s的流量流过一直径为2.5，长6m的直管，测得压力降为3kN/.热通量保持为常数，平均壁温为50，试求水的出口温度。解：以水的平均温度作定性温度，由附录二查得： ； 边界层平均温度为 以此温度查得：由 得 根据 得 因水的，应按柯尔朋类比计算，即 则 于是给热系数 管壁对水的热流量为 又 故水的温升为 即 因 将上二式联立求解，得出口水温为 2-18 用内径d=12.710-3m的钢管作吹氧管向钢液中吹氧。氧气的质量流量G=145.3kg/h，入口温度tf=27，吹氧管插入熔池1.22m。若不考虑电子端部逐渐熔化，并认为管壁温度近似等于钢液温度1470

10、，试求给热系数和氧气离开吹氧管时的温度。解：因吹氧管出口处的氧气温度待求，液体平均温度不能直接算出，即定性温度不能确定，所以采用试算法。先假定氧气的出口温度为，则 由附录二查得氧气在303.5时的物性参数： 属于湍流，可应用公式（14-36）。估计氧气与管壁间温差较大，故应修正。当氧气被加热时 所以 因吹氧管内氧气温度逐渐升高，而管壁温度基本不变，所以给热量沿流动方向逐渐减少，为计算整个管长的给热，应沿管长积分。对于微元管段dL，流体的热量平衡方程可表示为 式中 氧气的秒流量，kg/s。假定和均为常数，将上式沿管长积分 得 或因此 与原假设相差较大，须重新计算。再设 相应的物性参数为 因此 计

11、算值与假设值相差不多，仅2.5%，故计算可告结束，最终结果为 2-19 有一水放置止的钢坯，长为1.5m，宽为0.5m，黑度为0.6，周围环境的温度为。试比较钢坯温度在和时，钢坯上表面由于辐射和对流造成的单位面积的热损失。解：钢坯上表面每单位面积的辐射热损失，可根据式（15-19）求得，在时 在时 钢坯上表面的对流热损失按式（14-1a）计算，对流给热系数可根据表14-3热面朝上的水平壁计算。定型尺寸 在时定性温度 由附录二 查得空气的物性参数为： 属于湍流，所以 对流热损失 在时定性温度 由附录二 查得空气的物性参数为： 属于湍流，所以 对流热损失 由该例可以看到，钢坯温度为时对流热损失与辐射热损失数量级相当；而在时，对流热损失仅为辐射热损失的十分之一，因此在高温下，热辐射起着重要的作用，温度越高，热辐射的作