传热学-第一章习题答案

传热学习题答案

第一章

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1-4、对于附图中所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间的热量交换方式有什么不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪种布置？

答：图（a）的热量交换方式为导热（热传导），图（b）的热量交换方式为

导热（热传导）及自然对流。应采用图(a)的方式来测定流体的导热系数。

解释：因为图(a)热面在上，由于密度不同，热流体朝上，冷流体朝下，冷

热流体通过直接接触来交换热量，即导热；而图（b）热面在下，热流体密度小，朝上运动，与冷流体进行自然对流，当然也有导热。

因为图（a）中只有导热，测定的传热系数即为导热系数；而图（b）有导热和自然对流方式，测定的传热系数为复合传热系数。

1-6、一宇宙飞船的外形如附图所示，其中外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响飞船的光学遥感器。船体表面各部

分的表面温度与遮光罩的表面温度不同。试分析：飞船在太空中飞行时与外遮光

罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热方式是什么？

答：可能与外遮光罩表面发生热交换的对象有两个：一个是外遮光罩表面与

外太空进行辐射换热，另一个是外遮光罩表面与船体表面进行辐射换热。

解释：在太空中，只有可能发生热辐射，只要温度大于0K，两个物体就会发生辐射换热。

1-9、一砖墙的表面积为12m2,厚260mm，平均导热系数为1.5W/(m.K)，设面向室内的表面温度为25℃，外表面温度为-5℃，试确定此砖墙向外界散失的热

=

8.5

=0.7⨯5.67⨯10-8⨯(2504-0)

量。

Φ=A λ(t-t)δw1w2

解：=12⨯1.5

⨯

(25-(-5)) 0.26

=2076.92W

此砖墙向外界散失的热量为2076.92W。

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，输入加热段的功率为8.5W。如果全部热量通过对流传热传给空气，试问此时的对流传热表面传热系数多大？

解：此题为对流传热问题，换热面积为圆管外侧表面积，公式为：

Φ=hA(t-t)=h⋅πdl⋅(t-t)

w f w f

h=Φ

πdl⋅(t-t)

w f

∴

3.14⨯0.014⨯0.08⨯(69-20)

=49.3325W

(m2⋅K)

此时的对流传热表面传热系数49.3325W/(m2.K)

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250K，表面发射率为0.7，试计算航天器单位表面上的换热量。

解：此题为辐射换热问题，公式为：

q=εσ(T4-T4)

12

=155.04W m2

航天器单位表面上的换热量为155.04W/m2。

1 λ h

t δ

1-21、有一台气体冷却器，气侧表面传热系数 h 1=95 W/(m 2.K)，壁面厚度

δ=2.5mm ，λ=46.5 W/(m .K)，水侧表面传热系数 h 2=5800 W/(m 2.K).设传热壁可以

看作平壁，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，应首先从哪一个环节入手？

简单的传热过程图如下：

解：各个环节单位面积的热阻计算如下：

① 气侧为对流换热过程，则对流传热的单位面积热阻为：

1 1

= = 1.0526 ⨯10-2 (m 2.K)/ W h 95

1

② 冷却器内视作导热过程，则导热过程的单位面积热阻为：

δ 2.5 ⨯10-3

= = 5.3763 ⨯10-5 (m 2.K)/ W λ 46.5

③ 水侧为对流换热过程，则对流传热的单位面积热阻为：

1 1

= = 1.724 ⨯10-4 (m 2.K)/ W h 5800

2

总传热系数：

K =

1

1 δ 1 + + h 2

= 94.7 W/(m 2.K)

强化传热应该强化热阻大的一侧，对比三个热阻，应该强化气侧的表面传热。

1-24、在附图所示的稳态热传递过程中，已知 t w1=460℃，f2=300℃， 1=5mm ， δ2=0.5mm ，λ1=46.5 W/(m .K)，λ2=1.16 W/(m .K)，h 2=5800 W/(m 2.K)，试计算单位

面积所传递的热量。

q=

t

2λ

2

λ460-300

h=Φ6900

解：应用传热过程的热阻网络分析得：

-t

f2w2

1δδ

+2+1

h

1

=

15⨯10-45⨯10-3

++

5800 1.1646.5

=225352W m2=225.35kW m2

∴，单位面积所传递的热量为225.35kW。

1-26、有一台传热面积为12m2的氨蒸发器。氨液的蒸发温度为0℃，被冷却水的进口温度为9.7℃、出口温度为5℃，蒸发器中的传热量为6900W，试计算总传热系数。

思路：氨液被加热，冷却水的温度取进出口温度的算术平均值，此题为对流传热问题。

解：冷却水的平均温度为：t=由对流传热公式，得：t+t9.7+5

in out=

22

=7.35℃

A(t-t)=12(7.35-0)

氨

=78.23W/(m2.K)

∴，总传热系数为78.23W/(m2.K)

1-32、一玻璃窗，尺寸为60cm×30cm，厚为4mm。冬天夜间，室内及室外温度分别为20℃及-20℃。内表面的自然对流传热表面传热系数为10W/(m2.K)，