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1、传热学习题.建工版丫0-14一大平板，高3m,宽2，厚0.2,导热系数为45W/(.K),两侧表面温度分别为tt,=150oC及1.,=285C,试求热流密度计热流量，解：依据付立叶定律热流宙度为：q三radt=-5ia三45*三30375(wn2)负号表示传热方向与X轴的方向相反。通过整个导热面的热流量为：=q.A=-30375(32)=12250(W)0-15空气在一根内羟50rrm,长2.5米的管子内流洗并被加热，已知空气的平均温度为85C,管壁刻空气的h=73(Wm,.k),热流密度q=5110w/m,是确定管量温麽及热流量0解：热流址=qA=q(-1I)=5I10(3.14X0.05
2、X2.5)=24M)5.675(W)又依据牛顿冷却公式=hAt=1.Xtwtr)=q省内壁温度为：J=tf+9=85+皂W=155()h731-1.按20C时，铜、碳钢(1.5%0、铝和黄铜山热系数的大小,排列它们的依次;隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍宝岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。解：(1)由附录7可知,在温度为20C的状况下,w=398W(mK),w=36W(mK),w=237W(mK),w=109W(nK).所以,按导热系数大小排列为：w黄Q般(2)隔热保温材料定义为存热系数最大不超过。.12W(K).(3)由附录8得知，当材料的平均温度为20C时的导热系数
3、为：膨胀珍宝岩散料：-0.0424*0.000137tI(mK)=0.042440.000137X20=0.045147(mK);矿渣棉：=0.0674+0.000215tW(K)=0.0674+0,000215X20=0,0717W(mK)：由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常器下,-0.0350.0381/(m-K).山上可知金属是良好的导热材料.而其它：.种是好的保温材料.15厚度8为OJm的无限人平壤,其材料的导热系数A=100T/(mIO,在给定的口角坐标系中,分别画出稳态导热时如下两种情形的温度分布并分析X方向温度梯度的重盘和热流密度数值的正或负.(1.)t.=400K,t.,=600K:
4、(2)t.600K,t.-e=400K;解：依据付立叶定律Ci三radt=+Jaat一”云无限大平壁在无内热源稳态导热时温度曲线为直线,并且_1.-3_1一一J”CIXX2-X1-Oqx=-J;ti（八）O(Ot.-.=400K,t!”,=6O0K时温度分布如图25(D所示依据式（八）,热流密度1、O.说明X方向上的热流量流向X的正方向.可见计算值的方向也符合热流破由高温传向低温的方向1-6厚度为50三n的无限大平壁,其枪态说废分布为t=a+b2CuCm-若平板导热系数为45w(mk),试求：(1)平壁两侧表面处的热酒殃原？为什么?假如有内热源的话.它的强度应当毡多大？解：方法由时就知这是一个
5、一维(色1.=史=0)、税态(C1.=Or常y1.图2-5(2)式可简化为:因为t=a+b2,所以=2bxdxJ2,依据式(b)和付立叶定律q、-Ar=-N2bxdxqx,0=0,无热流收q、=$=-2bS=-2X(-2000)450.05=9000(w/m2)(2)将二阶导数代入式（八）j2-qv=-=-2b=-2(-2(H0)45=1dx*该导热体里存在内热源，其强度为1.8X104w/m3解：方法因为t=a+b2,所以是一维稔态导热时返=2bx(Gdx依据付立叶定律q、=T(1)qvn=0,无热流量-Xvq、r=-2bJ=-2(-2000)450.05=9000(w/m2)(2)无限大平
6、壁一维导热时,导热体仅在边界x-0.及x=处有糠交换，由(D的计算结果知导热体在单位时间内获得的热量为%-qx=zr)A1.trc4t=0-(-2b)AZh,=2bISA1.tgVo(d)仇值表示导热体通过边界欣发热地，假如是稳态导热，必有一个内热源来平衡这部分热价量保证导热体的温度不随时间改变即实现梗态导热.内热源强度：q、=二=_*=_(2”)*VVA,vo1.ume1.umeareaqv=-2(-2000)45=180000w/m32-9某教空的墙壁是层原段为240IIm的砖层和层原度为20Bfn的灰泥构成,现在拟安装空调设备,并在内:衣面加一层硬泡沫塑料，使导入室内的热冰比原来削战承玲
7、。已知我的导热系数人=0.7W(mK).灰泥的=0.58V(mK),在泡沫塑料的A=0.06I(mK).试求加贴硬泡沫熨料层的厚度.解：未贴硬泡沫般料时的热流南度：t,q.二RN七又由题意得.加硬泡沫电科后热流密度:墙壁内外表由R1+R2“1.=t24(D2)代入(3),1.EURU2-WM瞪-Rh20%=R+R2+R3)戊+2十20%=.4.1.+1.44小0.240.0210.70.580.240.02名+-1w2R/1.勺20.70.580.06仇=O.09056m=9().56m加贴硬泡沫塑料的肛度为90.56三u219外径为100nm,内径为85mn的蒸汽管道.管材的导热系数为入=4
8、0W(K),其内表面湿度为180C,若采幼=0.0531/(nK)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4/=52.3Wm,何保M材料层层度应为多少？解：依据给出的几何尺寸得到:管内径d=85mm=0.085m,笆外径，d2=0.111,管保温层外径d=d2+26=0.1+2H二-(JZ八己知肋基温度为80C和空气温度为30C,假定肋端的散热可以忽视不计,试计算肋片内的温度分布和每片肋片的散热尿.解肋端的散热可以忽视不计，可用教材式2-35).(2-36、(2-37)求解,h1.75=E=卜18.9/?z(1.+0.003)214O75214()().()()
9、31.(8()-30)th(18.9O.O25)三396.91Jh(O.4725)从附录13,th(n1.=th(0.4725)=0.44三396.90.44=174.61.(W)单位宽度的肋片散热最qI=/1.=J74.6(Wm)M=1.假如肋片上各点的温度与肋菸的温度相同，志向的导热Mo=hAt=h2(1.DJ0o=75x2x0.025(80-3O)X1.o=187.51.(W)2、从教材图2-17上杳肋片效率产2(211.=0.025y2)=0.4988f)1140x0.003x0.025)%=0.93、好片肋片的散热麻1.W7(m.K),对流换热系数h=80W1.K);(2)钢材料肋片
10、，系数h=125W(IBJK).解：(1)的材料肋片_fhU_180x2(1+0.003)_mA1401.0.003m1.=19.540.016=0.3127th(m1.)=th(0.3127)=0.3004th(m1.)0.300477=VO./%其导热系数为三(m.K),对流换热=19.54尸舱位宽度上的肋片敞热量为力.=1.68.8(Wn)2-27一肋片厚度为3三m,长度为1611三,是计算等截面直肋的效率.(1)铝材料肋片,其导热系数为=of=87.51.0.9=168.81.(W)(2)纲材料肋片m1.=45.910.016=0.7344th(m1.)=th(0.734)=0.625
11、5=th(m1.)=0.6255=852%fm1.0.7344例跑31一无限大半壁痒度为0.5m,已知半壁的热物性参数-0.815W(11tk),c=0.839kJZ(kg.k),p=1500kg11壁内温度初始时均为一样为IHna给定第三类边界条件：壁两例流体温度为8,流体与壁面之间的表面传热系数h=8.15u(mj.K),试求6h后平壁中心及表面的温度,教材中以计算了第一项，忽视了后面的项.计算被忽视掉的的其次项,分析被省略掉的缘由。解：如卫2=y_空出_f四瓦斗产占瓦+S加瓦CoSAA)e1 .例31中以计算出平壁的FO-0.22.Bi=25.因为Fo0.2,书中只计算了第一项,而忽视了
12、后面的项.即S一的也一cos“沁4,A+sin1.cos1.1.)2,现在保留前面二项,即忽觇此次项以后的项I(xf6h)+IKX,6h).其中“x,6h)=空包一cos,*Ie册,+sintcos,VSII(Xf6h)=也且一2+sin2cos2、以下计圆其次项(X,6)依据Bi=2.5查表3-,2=3.7262.sin2=-0.5519.cos3.7262=-0.8339o0-iFoa)平壁中心x=0II(0n,6h)=2sin。22+sin2cos211(Om,6h)=2(0.5519)-3.7262i0.223.7262+(-0.5519)(-0.8239)II(Om,6h)=-0.0
13、124从例3-中知第一项/(0m,6A)=0.9,所以忽视其次项时“和”的相对误差为：II(0mf6h)-0.0124,加=1.4oKOnif6h)+II(0m,6h)0.9+(-0.0124)(0,6h)=n1.(0,6h)+H(0f6h)(18-8)(0.9-0,0124)=8.88oCt(Om,6h)=(0m,61.)+tf=8.88+8=16.88()虽说计算前两项后计算精度提高了，但16.880C和例3-1的结果17相差很小。说明计算一项已经比较精确。b)平壁两例x=6=0.Sm/AUI、2sin。,(a0.5II(0.5m,6h)=-cosp,P1+sinicos0.5)/AU2(
14、-0.5519)-3.7262i0.2211(0.5m,6h)=(-0.8239)p3.7262+(-0.5519)(-0.8239)cI1.(0.5mi6h)=0.01.从例3-1中知第项1(0.5m,6h)=0.38,所以忽视其次项时”和”的相对误差为：II(0.5m,6h)0.01.n.=2.0701(0.5m,6h)+II(0.5mf6h)0.38+0.01(0.5nt6h)=o1.(0.5m,6h)+1.1.(0.5my6h)=(18-8)(0.38+0.01)=3.9t(0.5m,6h)=(0,5mf6h)+tf=3.9+8=11.9(。C)虽说计中前两项后计算精度提高了，11.9
15、-C和例3T的结果11.8C相差很小。说明计算一项已经比较精确.44一无限大平壁,其厚度为o.3导热系数为=36.4.平壁两侧表面均给定为第三类边界条件，即4=60必*&.f=25：生=300卬/*2,t-2/5C.当平壁中具有句称内热源外=2xIOW/1时，试计算沿平壁厚度的稳态温度分布.(提示：取A-0.06m)方法一数值计算法好：这是一个一维稳态导热何SS.x=0.45m时=4.472105_u,0.80.45V0.805106h=72手=72嚅070j(wm2K)617黄铜管式冷瓶器内径1264nm.管内水波速1.811s.毯温维持80C,冷却水进出口温度分别为28.。和34C,管氏1
16、.d20,请用不同的关联式计灯表面传热系数.解：常壁温边界条件，流体与壁面的平均温差为/Af-n(Z,Z*)(80-28)-(80-34)1.n80-2880-34=48.94)冷却水的平均温度为f/=tw-t=80-48.94=31.06(C)由附录3查物性，水在却及t.下的物性参数为：tr=31C时，卜f=0.6207W(mK),V产7.904107s,Prr=5.31,U产7.866810,Nst.=80C时，,=3.55110dNsm%所以Re/=“.X1.：=28700IO(X)Ovr7.9041.()7水在管内的流淌为紊流.用DittUS-BOeIter公式,液体被加热NUJ=O.
17、023Re1.iP产NUf=0.023X28700*X531=165.2h=Nuf=165.20.62070.0126=8138.1(wnrK)ff1.Siede-Tate公式N1.1.f=0.027Ren-1.tPr,3Nuf=0.0272870085.3I3(-=194f3.551)=9554.7(wm2K)/i=M=194x2077d0.01266-21管式试验台，管内径0.016m,氏为2.5,为不轿钢管，通以直通电加热管内水流，电压为电流为911.1A,进口水温为水流速0.5ms,试求它的表面传热系数及换热温度差。（管子外葩热保湿，可不考虑热损失）解：I查附录J,进口处47C水的密度
18、为p=989.22kgm3场信流氓为加/-pV-p,um11r2mf=989.330.5X3.140.0082=0.0994kgs不考虑热损失，电能全部转化为热能被水汲取UI=%CpK一弓）5911.10.0994cp水的CP随温度改变不大，近似取501C时的值1.174kJk.K计算tf=t,f+=47+f/防CP常热流边界，水的平均温度5911.10.09944.174103tf+Zr”=47j58=52.5()查冏录3饱和水物性表得:V.=0.5371O6222/S,f=65.1102(mK)Cp=475KJi(KgKPif=3.40,p=986.9/f?iRef=vr果纳迪图斯-贝尔特
19、公式Nuf=0.023ReogPr04Nuf=0.023(1.4898IO4fs3.4n-4=81.8/?.=Nuf=81.81=3328.6W/（.K）,d0.016堡面常热流时，管理温度和水的温度都随管长发生改变，平均温差，=1.-1.=UIhAhd1.Ar=5911.1=10.9(0C)Ref=3328.63.140.0162.56-35水横向拂过5排叉排管束.管束中破窄截面处流速u=4.87三s,平均温度t,=20.2C.壁温t.25.2,C,管间距包=立=1.25d-19mm.求水的表向传热系数.dd解：由表解3得知叉排5排时管排修正系数弧=0.92查附录3得知，Ir=20.2C时，
20、水的物性参数如下；f=0.5991/（mK）,v,=1.00610三7s,Prf=7.02,而t.=25.2X?时，Pr.=6.22.所以查表6-2（管束平均表面传热系数准则关联式）得:Nuf=0.35Re产0.25!).25Nuf=0.35919780.92=21.25,NUfX421.250.599.r.v./,zh=!-=669.4W/m-Kd0.0191.v例6I空气横掠叉持管束.管外经d=2511三.管长I=1.5,每排有20根管子,共有5排.管间距为S=50n*管排距为&=3加”已知管壁海度为Q=I1.oC,空气进口温度为6=，5,求空气与壁面间的对流换热系数.解：对流换热的结果是
21、使空气得到热於温慢上升.对流换热系数行定时出口温便就被确定了.目前不知空气的山口温度，可以采纳假设试算的方法.先假定出口温度为25C,则液体的平均温度tfJ5+25=20。Cf2查物性参数=0.0259W(mK);v=15.06106;cp=1005J(kg-K)空气的最大体枳流量为Tff273+25Vmax=V0X1.=5000X-=5457(m,)=1.516ni/S273空气在最小海通截面积Fmin(s1.-d)1.N(0.05-0.025)1.5X20=0.751吟处达到最大速度M=嚷=2.02msI1.f1.0.75Re产。=2.02如丝=3353/V15.06IO6表6-3又表6-
22、2z=5持时，修正系数.=0.92it0.2Nuf=0.31Re0f6Nuf=0.31X3353061.33020.92=39.37对流换热系数仁竺以业经竺0.025=40.79w/(/)这样大的对流换热系数应当毡空气出口温度达到G一(4-。)=(/-6)/，+,M(Q一。)/，Jgd1.NZ)(1.-O)C1=f+=G+：ritcpOMCP_40.79(3.140.0251.5205)(110-20)八一1.29350003600100515+24=39计算的出口温度与初步设定的位弓=25C有差异。再设出口温度为；i=39,融复上叙计算过程，1：+39=27杳初性参数=005J(kgK)=0
23、.0265W(mK);V=15.72IO6;空气的最大体积流量为1力45000273+39,3zVmax=V0X=X=1.587m/smaxT03600273最大速度V1.587.s,U=-三三-=2.12m/sF.0.75minnud2.120.025Ref=-三1.-=3365fV15.72106表6-2Nf=0.3IRey江S2JNuf=0.31X3365nf,X1.33n2X0.92=39.46对流换热系数A=竺公吟”也=HZ/5”)d0.0251.V这样大的对流换热系数应当是空气出口温度达到f；1(。)=叫(GY)/，JAkT/)hWNz)m,f)一FT一砺一,_41.82(3.14
24、0.0251.5205)(1.I0-27)z+1.2935000/36001005t,=15+22.7=37.7oC这个做与假定伯很接近，所以出口温度就是37.rc,对流换热系数为刀=41.82H/(zrK)笫七章7-3水平冷凝港内，干泡和水蒸气肯定压强为1.9910Va,管外径16,氏为2.5m,已知第一排每根管的换热收为3.05X10js.试确定第一排管的凝累表面传热系数及管壁温度。解：干饱和蒸汽在水平管外就聚，体根管的凝聚热流量=hAt=hA(tw-ts)由课本附录连得.1.99IO5Pf1.对“的饱和温度H12(C、潜热r=2202.3kykg计算壁温须要件先计算对流换热系数h,而h又与壁ifi有关.先设定壁温为t”=100C.则减液的平均温度为t=u空沙=UOC22查水的物件参数/=2.59x10Vsw2,=951.0“J=0.685W(nA:)管外层液凝聚换热的换热系数h=0.725g尸产d(ts-tw)h=72595IQ?X9.8X0.6853X2202.3x1胪x2.5910-40.016(120-100)h=1
