传热学课后习题答案

1、传热学课后习题答案初始温度为200，直径为5cm的铝质长圆柱体，突然暴露在温度为70的环境中，表面传热系数 。试计算1min后，半径为1.25cm处的温度及单位管长圆柱体的热损失。252.5/(. )hWm K32700/215/( . )kg mWmK950 /(. )cJkg K8.064Fo 21516.38525 0.025hRrR查图：00.38m0.98m第二页，共48页。00.38m0.98m0mom 0.38 0.980.3720() 0.372fftttt0() 0.37270(20070) 0.372fftttt118.36第三页，共48页。求热损失：1

2、6.38hR10.06116.38Bi 8.064Fo 220.0618.0640.03Bi Fo 查图：00.64QQ第四页，共48页。00.64QQ0ocVQl20()fc R tt 22700 9000.025(20070)619953.75J00.640.64 619953.75396770.4QQ53.97 10/J m第五页，共48页。311一温度为21，横截面积为50mm100mm的矩形长杆放入温度为593的热处理炉中消除热应力，宽100mm的一面置于炉子底面上，长杆表面与高温流体的表面传热系数为114 ，根据工艺要求，要加热到580以上才能消除应力，试说明1h后，能否满足工艺要

3、求？2/(. )Wm K235/(. )0.037/Wm Kamh第六页，共48页。分析：哪里温度最低？12xl2yl00012pp00012mmpp第七页，共48页。一温度为21，横截面积为50mm100mm的矩形长杆放入温度为593的热处理炉中消除热应力，宽100mm的一面置于炉子底面上，长杆表面与高温流体的表面传热系数为114 ，根据工艺要求，要加热到580以上才能消除应力，试说明1h后，能否满足工艺要求？2/(. )Wm K235/(. )0.037/Wm Kamh解：021 593572 35114 0.05hl6.142aFol20.037 114.80.05第八页，共48页。05

4、72 6.14hl14.8Fo 查图：0.11mo00012mmpp20.110.012100.01210.0121 ( 572)6.92 6.92ftt 6.925936.92586.08ftt可以满足工艺要求。第九页，共48页。作业温度计的水银泡长1cm、直径为7mm。温度计自酒精溶液取出时，由于酒精蒸发，体温计水银泡维持18。护士将体温计插入病人口中，水银泡表面的当量传热数 ，如果测量误差要求不超过0.2，求体温计插入病人口中后，至少要多长时间才能将体温计从40的病人口中取出。水银泡的当量物性值为：38000/430 /.pkg mcJ kg K31第十页，共48页。已知：38000/4

5、30 /.pkg mcJ kg K0.2ftt 00184022ftt 220.20.0070.01dmHm求：2100/.hW m K分析：8/.W m K100 0.00370.0448hRBi0.1可以用集总参数法。第十一页，共48页。解：214AddH2210.0070.007 0.0140.000258m20.000258Am214Vd H27310.0070.013.84 104m0.2ftt 已知：38000/430 /.pkg mcJ kg K00184032ftt0.20.0070.01dmHm求：322100/.hW m K22第十二页，共48页。00184032ftt求：

6、38000/430 /.pkg mcJ kg K0.2ftt 已知：0.23220.000258Am733.84 10Vm0exp()hAcV0lnhAcV 第十三页，共48页。0lnhAcV 240s解得：00184032ftt求：38000/430 /.pkg mcJ kg K0.2ftt 已知：0.23220.000258Am733.84 10Vm22 第十四页，共48页。32 工程上常用非稳态导热的方法测得燃气轮机表面的传热系数，一种方法是：把边长为6mm的铜质立方体埋入机片，使立方体只有一面与高温燃气接触，立方体与叶片间加有一薄层高温粘结剂。因粘结剂的热扩散率较小，叶片与立方体之间可

7、近似视为绝热，设初温为38他铜块与538的高温燃气接触3.7s后，温度升为232。求叶片表面的传热系数。铜：380/.W m K38940/kg m385 /.pcJ kg K第十五页，共48页。380/.W m K38940/kg m385 /.pcJ kg K已知：立方体36 6 6mm 0038538500ftt05000232538306tt 306 解：用集总参数法分析，然后验算。0.006 0.006166.70.006 0.006 0.006AV第十六页，共48页。0038538500ftt380/.W m K38940/kg m385 /.pcJ kg K已知：立方体36 6

8、6mm 0500306 解：166.7AV0ln306ln5000.491 第十七页，共48页。0ln0.49hAcV 0038538500ftt380/.W m K38940/kg m385 /.pcJ kg K已知：立方体36 6 6mm 0500306 ( 0.491)/()hcVA 0.491 8940 385 0.0063.722740.5/(. )Wm K第十八页，共48页。3-4 一电阻加热器，初始温度为t0，其内部突然产生热量，其功率为p，加热器外表面积暴露在 温度为 的流体中，表面传热系数为h。如组成导热区的体积为V，物性值 、 、 等均为已知常数量，试用集总参数法确定加热器

9、温度与时间的关系。tpc解：()PdtPc VhA ttd令：tt PdPc VhAd第十九页，共48页。PdPc VhAdPdPhAc VdPPdhAc VhAd分离变量：phAddPc VhA第二十页，共48页。phAddPc VhA两边积分：00phAddPc VhA0lnpPhAhAPc VhA第二十一页，共48页。0lnpPhAhAPc VhA0()exp()pPPhAhAhAc V0()exp()pPPhAhAhAc V第二十二页，共48页。作业试推导矩形肋片内部节点和端部节点的有限差分方程。44 ht，xi内部节点：112()0iiiiitttth x ttxx22112220i

10、iih xh xtttt第二十三页，共48页。边界节点：0 x 0itt ht，xHxH1()()0iiiitth x tthttx 221(1)()0iih xh xh xh xttt第二十四页，共48页。作业：52 为了用实验的方法确定直径 的钢棒（导热系数 ，热扩散系数 表面传热数 ）放在炉内时间 时的温度分布，现用几何形状相似的合金钢棒 在不大的炉中加热。求模型的直径dm和模型放入炉内多少时间后测量模型中的温度分布。400dmm42/()Wm K521.18 10/ams2116/()hWm K2.5h16/()mWm K520.53 10/mams2150/()mhWm K第二十五页

11、，共48页。分析：属于第三类边界条件下的导热问题。模化实验，要保证物理现象相似。已知：400dmm42/()Wm K521.18 10/ams2116/()hWm K2.5h16/()mWm K520.53 10/mams2150/()mhWm K求：mmd、第二十六页，共48页。0(xf FoBil、）只要几何相似，Fo和Bi分别相等，两导热现象相似，温度场分布相似。tt 第二十七页，共48页。解：1、Bi数相等m mmh lhlmmmh RhRmmmhRRh1161620015042已知：400dmm42/()Wm K521.18 10/ams2116/()hWm K2.5h16/()mW

12、m K520.53 10/mams2150/()mhWm K求：mmd、58.9mm117.8mdmm第二十八页，共48页。已知：400dmm42/()Wm K521.18 10/ams2116/()hWm K2.5h16/()mWm K520.53 10/mams2150/()mhWm K求：mmd、2、Fo相等。22mmmaaRR22mmmRaR a0.483h第二十九页，共48页。53 现用模型来研究某变压器油冷却系统的传热性能。假设基本的传热机理是圆管内强迫对流传热，变压器原耗散100kW的热流量。变压器油的 ， 。模型的直管直径为0.5cm，线性尺寸为变压器的 ，表面积为变压器的 。

13、模型和变压器的平均温差相同，模型用乙二醇作流体，雷诺数 。乙二醇的 ， 。试确定模型中的能耗率（散热热流量）和流速。 3131.5 10/()Wm KPr8012014003256 10/()mWm KPr80m520.868 10/mmsRe2200第三十页，共48页。已知：100kW 3131.5 10/()Wm KPr800.5mdcm1120400mmdAdARe22003256 10/()mWm K520.868 10/mmsPr80m求：mm 、u 同类现象，单值性条件相似，只要已定准则Re、Pr分别相同，即可实现相似，Nu数相等。分析：第三十一页，共48页。已知：100kW 31

14、31.5 10/()Wm KPr800.5mdcm1120400mmdAdARe22003256 10/()mWm K520.868 10/mmsPr80m解：ReRem2200Remmmmud50.868 1022003.82/0.005m s第三十二页，共48页。已知：100kW 3131.5 10/()Wm KPr800.5mdcm1120400mmdAdARe22003256 10/()mWm K520.868 10/mmsPr80m换热相似：mNuNummmh dhdmmmdhhd1131.5202560.0257第三十三页，共48页。已知：100kW 0.5mdcm1120400m

15、mdAdA求：mm 、u0.0257mhhmtt mmmmh AthA t110.09730.02574000.0973m 9.73kW第三十四页，共48页。作业：64 20的水以10kg/s的质量流量进入直径为10cm，长10m的圆管内，管壁温度为80，求水的出口温度。解：设出口温度40ftlnmttttt 604049.360ln4030.7fWmttt当2tt502mttt 30ft 第三十五页，共48页。30ft 定性温度：查物性：3662995.7/4.174/0.618/801.5 100.608 10Pr5.42pkg mckJ kg KW m KPa sm s680355.1

16、10WtPa sWmquA2101.28/0.1995.74m s判别流态：561.28 0.1Re1.59 100.805 10ud紊流第三十六页，共48页。23RePrfftlRNuc c c其中：0.1111flRtWccc0.023RePrfffWNu0.1160.80.456801.5 100.0231.59 105.42355.1 10Nu716.7第三十七页，共48页。716.7hdNu2716.7 0.6184429.2/0.1NuhW m Kd求水的出口温度：（两种求法）第一种求法：水得到热量：()mpffq ctt 对流换热量： lnW

17、WWWtttthA thAtttt 第三十八页，共48页。()mpffq ctt lnWWWWtttthA thAtttt ()mpffq ctt lnWfWfWWtttthAtttt第三十九页，共48页。()mpffq ctt lnWfWfWWtttthAtttt()mpffq cttlnffWfWftthAttttlnWfmpWftthAq cttmph dlq c4429 3.14 0.1 1010 4174 0.333exp(0.333)WfWftttt1.395第四十页，共48页。WfWftttt1.3958020Wftt可得：37ft计算值与假设值误差不大，计算有效。第四十一页，共

18、48页。第二种求法：40ft假设如假设准确，水得到热量与对流换热量应相等。水得到热量：()mpffq ctt 10 41744020834800W对流换热量：hA t ()Wfh dl tt44293.140.1 1050695353W假设温度偏高。第四十二页，共48页。重新假设：230ft重复以上计算：得出22、如果22 可采用十字线法：ft1ft。1。12ft。2。23ft第四十三页，共48页。6-17 在速度u0=5m/s，温度为20的空气流中，沿流动方向平行的放有一块长l=20cm、温度为60的平板。如用垂直流动方向放置的半周长为20cm的圆柱代替平板，问此时表面的对流传热系数是平板的几倍？解：2Wmttt定性温度：40查物性参数：620.0276/16.96 10/Pr0.699mmW m Kms第四十四页，共48页。620.0276/16.96 10/Pr0.699mmW m Kms1、平壁：Remul65 0.25896216.96 1055 10 层流11320.664RePrmmmNu 11