传热学第五版课后习题答案

本文格式为Word版，下载可任意编辑——传热学第五版课后习题答案传热学习题_建工版V

2-9某教室的墙壁是一层厚度为240mm的砖层和一层厚度为20mm的灰泥构成。现在拟安装空调设备，并在内表面加一层硬泡沫塑料，使导入室内的热量比原来减少80%。已知砖的导热系数λ＝0.7W/(m·K)，灰泥的λ＝0.58W/(m·K)，硬泡沫塑料的λ＝0.06W/(m·K)，试求加贴硬泡沫塑料层的厚度。

解:未贴硬泡沫塑料时的热流密度:

Δt1q1?R?1?R?2

加硬泡沫塑料后热流密度:

…………(1)

tw1?

tw2

R?2

R?1tw1?

tw2

R?2

R?1q2?R?1Δt1………(2)?R?12?R?2R?3

又由题意得,

(1?80%)q1?q2……(3)

Δt1?Δt2，将(1)、(2)代入（3）,

墙壁内外表面温差不变

Rλ1+Rλ220%?Rλ1+Rλ2+Rλ3)?1?20.240.02???1?20.70.5820%????1?2?30.240.02????3?1?2?30.70.580.06

?3=0.09056m=90.56mm加贴硬泡沫塑料的厚度为90.56mm.

2-19一外径为100mm，内径为85mm的蒸汽管道，管材的导热系数为λ＝40W/(m·K)，其内表面温

度为180℃，若采用λ＝0.053W/(m·K)的保温材料进行保温，并要求保温层外表面温度不高于40℃，蒸汽管允许的热损失

ql=52.3W/m。问保温材料层厚度应为多少？

解：根据给出的几何尺寸得到:

管内径d1=85mm=0.085m,管外径,d2=0.1m,管保温层外径d3

1

?d2?2??0.1?2?

d3lnd2?52.3tw1?tw3ql?1d21?ln?2πλ1d12πλ2tw3=40℃时，保温层厚度最小，此时，

180?40?52.3

10.11(0.1?2?)?ln?ln2π?400.0852π?0.0530.1解得，m所以保温材料的厚度为72mm.

2-24.一铝制等截面直肋，肋高为25mm，肋厚为3mm，铝材的导热系数为λ＝140W/(m·K)，周边空气与肋表面的表面传热系数为h＝75w??0.072/(m2k)。已知肋基温度为80℃和空气温度为30℃，假

定肋端的散热可以忽略不计，试计算肋片内的温度分布和每片肋片的散热量。解一肋端的散热可以忽略不计，可用教材式（2-35）、（2-36）、(2-37)求解。

m?hU?λAL75?（L?0.003）?2?18.9m-1

140?0.003?L

(1)肋片内的温度分布

θ?θ0ch[m(l?x)]

ch(ml)

ch[18.9?(0.025?x)]?(80?30)ch(18.9?0.025)θ?44.96?ch[0.4725?18.9x)]温度分布为

(1)

肋片的散热量

??

hU?ALθ0th(ml)

75?2?140?0.003L(80?30)th(18.9?0.025)

396.9Lth(0.4725)

396.9?0.44=174.6L(W)

??75?(L?0.003)?2?140?L?0.003θ0th(ml)???从附录13得，th(ml)=th(0.4725)=0.44

单位宽度的肋片散热量

qL??/L=174.6(W/m)

解二

1、假使肋片上各点的温度与肋基的温度一致，理想的导热量

?0?hA?t=h[2(L?l)]θ?0?187.5L（W）

2、从教材图2-17上查肋片效率

0?75?2?0.025(80-30)?L

l3/2?2h????f??1/2?0.0253/22?75????140?0.003?0.025??1/2=0.4988

?f=0.9

3、每片肋片的散热量

2

???0??f?187.5L?0.9?168.8L(W)

?168.8(W/m)

单位宽度上的肋片散热量为qL2-27一肋片厚度为3mm，长度为16mm，是计算等截面直肋的效率。（1）铝材料肋片，其导热系数为140W/(m﹒K),对流换热系数h=80W/(m2﹒K);（2）钢材料肋片，其导热系数为40W/(m﹒K),对流换热系数h=125W/(m2﹒K)。解：（1）铝材料肋片

m?hU??A80?2(1?0.003)?19.54m?1

140?1?0.003ml??19.54?0.016?0.3127

th(ml)=th(0.3127)?0.3004?f?（2）钢材料肋片

th(ml)0.3004??96.1%

ml0.3127m?hU??A125?2(1?0.003)?45.91m?1

40?1?0.003ml??45.91?0.016?0.7344th(ml)=th(0.734)?0.6255

?f?th(ml)0.6255??85.2%

ml0.7344第五章

5-13由微分方程解求外掠平板，离前缘150mm处的滚动边界层及热边界层度，已知边界平均温度为60℃，速度为u∞=0.9m/s。解：

1、

以干空气为例

平均温度为60℃，查附录2干空气的热物性参数ν=18.97×10-6m2/s=1.897×10-5m2/s,Pr=0.696离前缘150mm处Re数应当为

u∞x0.9?0.15Rex???7116.5?6?18.97?10

Re小于临街Re,c(

5?105),滚动处在层流状态

?x=5.0Rex

1/-2

??5.01?x?5?(Rex1)?0.15

7116.5??0.00889(m)?8.9mm

所以，热边界层厚度：

?t??Pr?1/3?0.0089?0.693?1/3?0.01(m)=10mm2。以水为例

平均温度为60℃，查附录3饱和水的热物性参数ν=4.78×10-7m2/sPr=2.99离前缘150mm处Re数应当为

?5Re小于临街Re,c(5?10Rex?u∞x?0.9?0.155?2.82427?10?60.478?10),滚动处在层流状态

3

?x=5.0Rex

1/-2

??5.01?x?5?(Rex1)?0.15

282427??0.00141(m)?1.41mm

所以，热边界层厚度：

?t??Pr?1/3?0.00141?2.99?1/3?0.00098(m)=0.98mm

5-14已知tf=40℃，tw=20℃，u∞=0.8m/s，板长450mm，求水擦过平板时沿程x=0.1、0.2、0.3、0.45m的局部表面传热系数，并绘制在以为纵坐标，为横坐标的图上。确定各点的平均表面传热系数。解：以边界层平均温度确定物性参数

tm???0.618W/m?K，ν

在沿程0.45m处的Re数为

1tw?tf?21?20+40??30(?C)，查附表3水的物性为：??2=0.805×10-6m2/s，Pr=5.42

Rex?u∞x该值小于临界Rec=5×105,可见滚动还处于层流状态。那么从前沿到x坐标处的平均对流换热系数应

为

??0.8?0.45?4.47?105?60.805?10h?2hx?0.664?h?0.664?1）x=0.1m时

Rex?x?Rex?33Pr

Rex

x0.618?xu∞x?Rex?5.42?0.72?h?0.72?Rex?0.72x0.8?0.1?994000.805?10?6局部换热系数hx2）x=0.2m时

?1135?W/m2?K?

99400?2270?W/m2?K?

0.1Rex?u∞x??0.8?0.2?1.9875?105?60.805?10h?0.72hx?802.5?W/m2?K?

3）x=0.3m时

Rex?0.72x198750?1604.9?W/m2?K?

0.2hx?655.2?W/m2?K?

0.8?0.3?2.9814?105?6?0.805?10Rex298140h?0.72?0.72?1310.4?W/m2?K?

x0.3Rex??u∞x4）x=0.45m时

Rex?u∞x??0.8?0.45?4.472?105?60.805?10h?0.72Rex?0.72x447200?1070.1?W/m2?K?

0.454

hx?535.1?W/m2?K?

12023000800600400200000.10.2对流换热系数随板长的变化0.30.40.5

第六章

6-17黄铜管式冷凝器内径12.6mm，管内水流速1.8m/s，壁温维持80℃，冷却水进出口温度分别为28℃和34℃，管长l/d>20，请用不同的关联式计算表面传热系数。解：常壁温边界条件，流体与壁面的平均温差为

?80?28???80?34??48.94?C冷?t???t???t????ln??t?/?t???ln??80?28?/?80?34??却水的平均温度为tf?tw??t=80-48.94=31.06??C?

由附录3查物性，水在tf及tw下的物性参数为：

tf=31℃时,λf＝0.6207W/(m·K),νf=7.904×10-7m2/s,

Prf=5.31,μf=7.8668×10-4Ns/m2tw=80℃时,μw=3.551×10-4Ns/m2。所以

Ref?d?um0.0126?1.8??28700?10000-7vf7.904?10水在管内的滚动为紊流。

用Dittus-Boelter公式，液体被加热

Nuf?0.023Re0.8Pr0.4

Nuf?0.023?287000.8?5.310.4?165.2

h?Nuf?fd?165.2?0.6207?8138.1?W/m2?K?

0.01260.14用Siede-Tate公式

Nuf?0.027Re0.8

?f?1/3?Pr????w?

0.14?7.8668?Nuf?0.027?287000.8?5.311/3??194??3.551??f0.6207h?Nuf?194??9554.7W/m2?K

d0.0126??6-21管式试验台，管内径0.016m，长为2.5m，为不锈钢管，通以直流电加热管内水流，电压为5V，

电流为911.1A，进口水温为47℃，水流速0.5m/s，试求它的表面传热系数及换热温度差。（管子外绝热保温，可不考虑热损失）

解：查附录3，进口处47℃水的密度为

???989.22kg/m3质量流量为mf=??V=??um?r2

mf=989.33?0.5?3.14?0.0082?0.0994kg/s

不考虑热损失，电能全部转化为热能被水吸收

5

UI?mfcp(t?f??t?f)

UI5?911.1t?f??t?f??47?

mcp0.0994cp水的cp随温度变化不大，近似取50℃时的值4.174kJ/kg.K计算

t?f??t?f?UI5?911.1?47??58?C3mcp0.0994?4.174?10常热流边界，水的平均温度

tf?tf'?tf''47?58??52.5??C?

22查附录3饱和水物性表得：

vf?0.537?10?6m2/s,?f?65.1?10?2W/(m?K)

Cp?4.175KJ/(Kg?K),Prf?3.40,??986.9Kg/m3

umd0.5?0.016??1.4898?104?6vf0.537?10采用迪图斯-贝尔特公式

Nuf?0.023Re0.8Pr0.4

Nu?0.023(1.4898?104)0.83.40.4?81.81

Ref?fh1?Nuf?d?81.81?0.651?3328.6W/(m2?K)

0.016壁面常热流时，管壁温度和水的温度都随管长发生变化，平均温差

?t?tw?tf??UI?

hAh?dl5?911.1?t??10.9??C?

3328.