热工基础习题答案

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1、9109.4题略已知：入 1=1.3 W/ (mC)S 1= 0.02 m入 2= 0.35 W/ (m-C)2qmax = 1830 W/m2tw1 =1300 C tw2 = 30 C求:解：由多层壁导热公式:tq1212可得空口吸0.3518301.30.2375 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q相同，即tw1tw2ii同理，tw3 tw2 q l2 293.88 367.8 0.283 189.79 C9.7 题略

2、已知：d 50mm;85W/(m C ) ； a 2.95 10 5m2/s ； t0 300C ；tf 36C ； h 30W/(m2 C)； t 90C求：铜球达到90 C时所需的时间解： Bi 空 30 0.025 0.0088V 0.1可以用集总参数法859.10 题略此题为2层平壁导热问题，分析同9.7 (略)第10章10.1内径20mm勺管子，壁温恒定为200C，空气入口温度20C，入口流速20m/s。求空 气出口温度达60C时所需的管长。解：定性温度tf !(tf tf ) 40 C由附表9得: f 1.128kg/m3, cp 1.005kJ/(kg K) , f 2.76 1

3、0 2 W/(m K),6 2 ，f 16.96 10 m/s, Pf 0.699由于管内流体为空气，应将进口处流体温度下的流速修正到t f下的流速。由流体连续性方程(稳定流动，质量流量相等)，有qm1 qmf ,1u1AfUfA雷诺数Ref 吧 21.365 00 25195 104(湍流)f 16.96 10 6由管内湍流强迫对流换热准则方程：Nu f 0.023Re ；8 Pr：4 ccCr得：h 0.023Ref8Prf0.4GGCRdi0.55本题气体被加热，g 匕；管长未知，暂取Ci =1，最后进行校合。Cr =1I w由热平衡关系：dilh(tw tf)di2uf fCp(tft

4、f )410.7空气在内径为50mm勺管内流动，流速为15m/s，壁面温度tw= 100C，管长5m如果空气的平均温度为200r，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 0.05 m u 15m/s tw 100Cl 5m tf 200 r求：对流换热系数h及换热量解：根据tf 200C，查附表9,得：3.93 102W/(m k);34.85 106 m2/s ;Prf0.680 ;6Refudf15 0.05034.85 1042152110 ；属于旺盛紊流，选用公式（10.17a）, ct 1, cl 1 , cR 11112补充例题： 一电炉的电功率为1kW炉丝

5、温度847E，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，贝U炉丝的长度又是多少？解：.AEbW0.96/. 2 r lCoT 41000.96W若0.95，A E匚b 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:12 E

6、b ( 21)12(Fb(0 2)Fb(01)EbEbEb当 T 5800K 时,1T 0.3 58001740 m K ；2T 2.5 580014500 m K ；对流换热：2 hA/Tf TJ0 0.2.5)96.5625% ;0.9 (96.5625 3.2956)%83.94%当 T 300K 时，1T 0.3 30090 m K ；2T 2.5 300750 m K ；查表 10-1 得：Fb(0,)2.907 10 3 % ；0 0.2.5)24.225 10 3% ;0.9 (0.0242252.907 10 3)%0.0192%温度越高，在0.3-2.5卩m （主要为可见光和

7、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 800r，炉墙温度为600r。若热电偶表面 与烟气的对流换热系数h=500W/（m），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 r，tw = 600 r,h=500 W/ ( mC)， 1= 0.8求：t f =?解：本题可由热平衡法求解热辐射:AvA? 11A1 b(T1Tw)在稳态下：虧 2TfT1丄 b(T, Tv4)1140.56K867.56 Ch为减少测量误差，可利用以下措施： 减少?i （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）

8、； 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Twf； 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30.475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 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，

9、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：A=A, X2, 3 =Xi, 3 =1,除E)3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tfi=20C，室外大气温度tf2= 10C，室内空气与壁面的对流换热 系数hi=8W/(mC )，室外壁面与大气的对流换热系数 h2=20W/(mC )，已知室内空气的 结露温度td=14C，若墙壁由入=0.6W/(m C )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 2tfi tf2沧1 RRc21

10、1h1h2(1)若墙壁内壁面温度t=td=14C时会结露，由于串联热路中q处处相等，所以tw1t f2RRc2tw1tf 2_ 丄h2(2)(1)、(2)联立求解，可求得q和墙的厚度3。12.5 一直径为2mm表面温度为90C的导线，被周围温度为20C的空气冷却，原先裸线 表面与空气的对流换热系数 h=22W/(m C)。如果在导线外包上厚度为4mm勺橡胶绝缘层， 其导热系数入=0.16W/(m C)，绝缘层外表面与空气的对流换热系数h=12W/(m C )，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de。解：未包绝缘层时，每米导线对空气的传热量为:由

11、于包上绝热层后电流保持不变，则传热量亦不变。即：其中：tf 20C ； h2 l2W/（m2 C）； d2 （2 8） 10 3m ； di 2 10 3m则得：tw 33.36 C 90 C临界直径de 2旦？ 0162.6 10 2mh212导线直径远小于de,所以包裹绝缘层后有利于散热。12.9 设计一台1 2型壳管式换热器，要求把体积流量为 40nVh的透平油（密度p 1=880 kg/m3, Cp1=1.95 kJ/（kg K）从57C冷却到45C。冷却水在管内流动，进入换热器的温度 为32 C，温升不大于4C,查表得到Cp,24.174 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/（m C）和400W/（m C），计算冷却水流量和所需的换 热面积。解：传热量 qm,1 Cp,1 t1qv,11 Cp,1 t1 t1qv,11Cp,1 t1t1Cp,2t2 t2冷却水流量qm2qm,1 Cp,1t1p,2221 2型壳管式换热器属混合流，查图得0.97对数平均温差则 tm 16.181C总换热系数K所需换热面积：A k tm11110h24005000228.8100011370.37 16.181370.37W/(m2 C )38.18 m2