课后作业答案

1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积2

260cm

A =，进入吹风器的空气压力

kPa p 100=，温度251=t ℃。要求吹风器出口的空气

温度472=t ℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W 。 解：

1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟

3

1000cm 。冷水通过电热器从15℃被加热到43℃。试

问电热器的加热功率是多少为了节省能源，有人提出可

以将用过后的热水（温度为38℃）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。如果该换热器能将冷水加热到27℃，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min 可以节省多少能源

解：电热器的加热功率：

kW

W t

cm Q

P 95.16.195060

)1543(101000101018.4633==-⨯⨯⨯⨯⨯=∆=

=

-τ

τ

15分钟可节省的能量：

kJ

J t cm Q 4.752752400)1527(15101000101018.4633==-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=-

1-10 一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为202

m ，平均导热系数为，内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是×104kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤 解：根据傅利叶公式

KW t A Q 2.7513.0)

50520(2004.1=-⨯⨯=∆=

δλ

每天用煤

d Kg /9.3101009.22

.753600244

=⨯⨯⨯

1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm 的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度为

15W/m 2

。外变面温度为40℃，内表面温度为30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。

解：

δ

λ

t

q ∆=，

)./(06.0304004.015K m W t q =-⨯=∆=

δλ

1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度t w =69℃，空气温度t f =20℃，管子外径 d=14mm ，加热段长 80mm ，输入加热段的功率，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大

解：根据牛顿冷却公式

()f w t t rlh q -=π2

所以

()f w t t d q

h -=

π＝2

1-18 宇宙空间可近似地看成为0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250℃，表面发射率为，试计算航天器单位表面上的换热量。

解：4T q εσ==155

250)./(1067.54428=⨯⨯⨯-K m W 2m

1-19 在1-14题目中，如果把芯片及底板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20℃，芯片的表面黑度为，

其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。 解

：

(

)

20()27385[(1067.59.0484

241+

-+⨯⨯-=Φ-＝辐射T T A σε P

辐射对流＋ΦΦ＝

1-20 半径为 m 的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为。航天器内电子元件的散热总共为175W 。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。

解：电子原件的发热量＝航天器的辐射散热量即：

4T Q εσ=

4

A Q

T εσ=∴ =187K

热阻分析

1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h ＝

95W/2

，壁面厚δ＝，)./(5.46K m W =λ水侧表面传热系数58002=h W/2

。设传热壁可以看成平壁，试计

算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手 解：

;010526.01

1

1==

h R ;

10376.55.460025.052-⨯===λδR ;

10724.1580011423-⨯===h R

则λδ++=

21111h h K ＝)./(2K m W ，应强化气体侧表

面传热。

1-34．一台R22的空调器的冷凝器如附图所示。温度为313K 的氟利昂22的饱和蒸气在管子内流动，温度为283K 的空气进入冷凝器冷却氟利昂蒸气使其凝结。该冷凝器的迎风面积为2

4.0m ，迎面风速为s m /2。氟利昂蒸气的流量为s kg /011.0，从凝结氟利昂蒸气到空气的总传热系数为(

)

K m W 2

/40,试确定该冷凝器所需的传热面积。提示：以空气进、出口温度的平均值作为计算传热温差的空气温度。所谓迎风面积是指空气进入冷凝器之前的流动面积。

2-11提高燃气进口温度是提高航空发动机效率的有效方法。为了是发动机的叶片能承受更高的温度而不至于损坏，叶片均用耐高温的合金制成，同时还提出了在叶片与高温燃气接触的表面上涂以陶瓷材料薄层的方法，如附图所示，叶片内部通道则由从压气机来的空气予以

冷却。陶瓷层的导热系数为（m ·K ），耐高温合金能承受的最高温度为1250K ，其导热系数为25W/(m ·K)。在耐高温合金与陶瓷层之间有一薄层粘结材料，其造成的接触热阻为10-4

㎡·K/W 。如果燃气的平均温度为1700K ，与陶瓷层的表面传热系数为1000W/(㎡·K)，冷却空气的平均温度为400K ，与内壁间的表面传热系数为500W/(㎡·K)，试分析此时耐高温合金是否可以安全地工作

2-13 在附图所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度δ远小于直径d 。由于安装制造不好，试件与冷热表面之间平均存在着一层厚为mm 1.0=∆的空气隙。设热表面温度1801=t ℃，冷表面温度302=t ℃，空气隙的导热系数可分别按21,t t 查取。试计算空气隙的存在给导热系数测定带来的误差。通过空气隙的辐射换热可以略而不计。

解：查附表8得1801=t ℃，);./(1072.32

1

K m W -⨯=λ 302=t ℃，);./(1067.22

2K m W -⨯=λ

无空气时

4

3018022

1d A t t f

f

πλδλδ

⨯

-=-=

Φ

δλλδ

32.34029315.0=∴=∴

f f

有空气隙时

A

t t f

'

++-=

Φλδλδλδ22112

1

得δλ98.43='f

所以相对误差为%1.28=-'f f

f λλλ

圆筒体

2-16 一根直径为3mm 的铜导线，每米长的电阻为

Ω⨯-310。导线外包有厚为1mm 导热系数为)./(K m W 的