传热学习题集

郑州大学传热学习题集苏小江2014/6/1内容：书中例题和课后习题绪论[例0-1] 某住宅砖墙壁厚为2401=δmm ，其导热系数为6.01=λW/(m 2·K)，墙壁内、外两侧的表面传热系数分别为：)/(5.721K m W h ⋅= ，)/(1022K m W h ⋅=，冬季内外两侧空气的温度分别为：C t f 201=，C t f52-=，试计算墙壁的各项热阻，传热系数以及热流密度。

[例0-2] 一冷库外墙的内壁面温度为C t w 12-=，库内冷冻物及空气温度均为C t f 18-=。

已知壁的表面传热系数为)/(52K m W h ⋅=，壁与物体间的系统辐射系数)/(1.54221K m W C ⋅=、，试计算该壁表面每平方米的冷量损失？并对比对流换热与热辐射冷损失的大小？13、求房屋外墙的散热热流密度q 以及它的内外表面温度t w1和t w2。

已知：δ=360mm ，室外温度t f2= -10℃，室内温度t f1=18℃，墙的λ=0.61W/(m.K),内壁表面传热系数h1=87W/(m ².K)，外壁h2=124W/(m ².K)。

已知该墙高2.8m ，宽3m ，求它的散热量Φ？15、空气在一根内径50mm,长2.5m 的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为85℃，管壁对空气的h=73W/m.℃，热流通量q =5110W/2m 。

，试确定管壁温度及热流量。

16、已知两平行平壁，壁温分别为t w1=50℃，t w2 =20℃，辐射系数1.2C 3.96，求每平方米的辐射换热量W/2m 。

若t w1增加到200℃，辐射换热量变化了多少?第一章 导热理论基础[例1-1]厚度为δ 的无限大平壁，λ为常数，平壁内具有均匀内热源q v (W/m ³)，平壁x=0的一侧绝热， x=δ的一侧与温度为f t 的流体直接接触进行对流换热，表面传热系数h 是已知的，试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。

[例1-2] 一半径为R 长度为l 的导线，其导热系数λ为常数。

导线的电阻率为ρ(Ω.m ²/m)。

导线通过电流I(A)而均匀发热。

已知空气的温度为t f ，导线与空气之间的表面传热系数为h ，试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。

2、已知Low-e 膜玻璃的导热系数为0.62W/(m.K)玻璃的导热系数为0.65W/(m.K)空气的导热系数为0.024W/(m.K)氩气的导热系数为0.016W/(m.K)试计算该膜双中空玻璃导热热阻。

6、一厚度为50mm 的无限大平壁，其稳态温度分布为: ℃式中a=200℃，b=－2000℃/m 2。

若平壁材料导热系数为45W/m.℃，试求：(1)平壁两侧表面处的热流通量；(2)平壁中是否有内热源?为什么?若有的话，它的强度应是多大?2t a bx =+第二章稳态导热[例2-1]有一锅炉炉墙由三层组成，内层是厚δ 1 =230mm的耐火砖，导热系数λ 1 =1.10W/(mK)；外层是δ 3 =240mm的红砖层，导热系数λ 3 =0.58W/(mK)；两层中间填以δ 2 =50mm的水泥珍珠岩制品保温层，导热系数λ 2 =0.072W/(mK)。

已知炉墙内、外两表面温度t w1 =500℃、t w2 =50℃，试求通过炉墙的导热热流密度及红砖层的最高温度。

[例2-2]一由三层平壁组成的锅炉炉墙，结构与例2-1相同。

但已知边界条件改为第三类，即：炉墙内侧温度t f1=511℃，烟气侧对流换热的表面传热系数h1=31.1W/(m.K)；炉墙外厂房空气温度t f2=22℃，空气侧对流换热的表面传热系数h2=12.2W/(m.K)。

试求通过该炉墙的热损失和炉墙内、外表面的温度t w1和t w2。

[例2-3]一炉渣混凝土空心砌块，结构尺寸如图所示。

炉渣混凝土的导热系数λ1=0.79W/(m⋅K)，空心部分的导热系数λ2=0.29W/(m⋅K)。

试计算砌块的导热热阻。

[例2-4]外径为200mm的蒸汽管道，管壁厚8mm，管外包硬质聚氨酯泡沫塑料保温层，导热系数λ1=0.022W/(m.K)，厚40mm。

外壳为高密度聚乙烯管，导热系数λ2=0.3W/(m.K)，厚5mm。

给定第三类边界条件：管内蒸汽温度t f1=300℃，管内蒸汽与管壁之间对流换热的表面传热系数h1=120W/(m.K)；周围空气温度t f2=25℃，管外壳与空气之间的表面传热系数h2=10W/(m.K)。

求单位管长的传热系数k l、散热量q l和外壳表面温度t w3。

[例2-5]设管道外径d=15mm，如果用软质泡沫塑料作为保温层是否合适？已知其导热系数λ=0.034W/(m.K)，保温层外表面与空气之间的表面传热系数h=10W/(m.K)。

[例2-6]一铁制的矩形直肋，厚δ =5 mm，高H = 50 mm，宽L = 1m，材料导热系数λ =58 w/mK，肋表面放热系数h = 12 w/mK，肋基的过余温度θo = 80 o C。

求肋表面散热量和肋端过余温度。

[例2-6]如图2-18所示的环形肋壁，肋片高度l=19.1mm、厚度δ=1.6mm，肋片是铝制并镶在直径为25.4mm的管子上，铝的导热系数λ=214W/(m.K)。

已知管表面温度t0=171.1℃，周围流体温度t f=21.1℃，肋片表面与周围流体之间的表面传热系数h=141.5W/(m².K),试计算每片肋片的散热量。

[例2-8]一传达室小屋，室内面积为3mx4m,高度为2.8m，红砖墙厚度为240mm，红砖的导热系数为0.43W/(m.K)。

已知墙内表面温度为20℃，外表面温度为-5℃，试问通过传达室的四周墙壁的散热量为多少？8、某建筑物的混凝土屋顶面积为20m²，厚为140mm，外表面温度为-15℃。

已知混凝土的导热系数为1.28 W/(m.K)，若通过屋顶的散热量为5.5x10³W，试计算屋顶内表面的温度。

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。

16、蒸汽管道的内、外直径分别为160mm和170mm，管壁导热系数λ=58W/m.℃，管外覆盖两层保温材料：第一层厚度δ2=30mm，导热系数λ2＝0.093W/m.℃；第二层δ3=40mm，导热系数λ3＝0.17W/m.℃，蒸汽管的内表面温度t w1=300℃。

保温层外表而温度t w4=50℃，试求：(1)各层热阻，并比较其大小，(2)每米长蒸汽管的热损失，(3)各层之间的接触面温度t w2和t w3。

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q l=52.3 W/m。

问保温材料层厚度应为多少？23、一直径为d,长度为l的细长圆杆,两端分别与温度为t1和t2的表面紧密接触,杆的侧面与周围流体间有对流换热,已知流体的温度为t f,而t f<t1或t2,杆侧面与流体间的表面传热系数为h,杆材料的导热系数为λ,试写出表示细长杆内温度场的完整数学描述,并求解其温度分布。

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)，周围空气与肋表面的表面传热系数为h＝752w/(m².k)。

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。

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)。

第三章非稳态导热[例3-1] 一无限大平壁厚度为0.5m，已知平壁的热物性参数λ=0.815W/(m.k), c=0.839kJ/(kg.k), ρ=1500kg/m³, 壁内温度初始时均为一致为18ºC，给定第三类边界条件：壁两侧流体温度为8 ºC，流体与壁面之间的表面传热系数h=8.15w/（m².K），试求6h后平壁中心及表面的温度。

[例3-2]已知条件同例3-1，试求24h及三昼夜后，平壁中心及表面的温度；并求24h中每平方米平壁表面放出的热量。

[例3-3]一道用砖砌成的火墙,已知砖的密度ρ=1925kg/m³，比定压容c p=0.835kJ/(kg.℃)，导热系数λ=0.72 W/(m.℃)。

突然以110℃的温度加于墙的一侧。

如果在5h内火墙另一侧的温度几乎不发生变化，试问此墙的厚度至少为多少？若改用耐火砖砌火墙，耐火砖的密度ρ=2640 kg/m³，比定压容c p=0.96kJ/(kg.℃)，导热系数λ=1.0W/(m.℃)，这时此墙的厚度至少为多少？[例3-4]应用恒定作用的热源法测定建筑材料的热扩散率。

采用5~10μm厚的鏮铜箔作为平面热源，已知初始温度t0=18℃，通电加热360s后，测量得到x=0处的温度t∣x=0=31.1℃，x=20mm处的温度∣x=δ=20.64℃，试计算该材料的热扩散率。

[例3-5]有一直径为0.3m、长度为0.6m的钢圆柱，初始温度为20℃，放入炉温为1020℃的炉内加热，已知钢的导热系数λ＝30W/(mK)，热扩散率a＝6.25×10-6m2/s，钢柱表面与炉内介质之间的总换热系数h=200w/(m²K)，试求加热1h时后，如图所示钢柱表面和中心点1、2、3和4的温度以及加热过程中吸收的热量。

8、一钢板厚度为3mm,面积为1×1㎡,初始温度均匀为300℃,放置于20℃的空气中冷却。

已知钢板的导热系数为λ=48.5W/(m·k),热扩散率a=12.7×10-6㎡/s,板与空气之间的表面传热系数h=39 W/(m².K)，问需要多长时间钢板才能降低至50℃。

9、一不锈钢板厚度为0.15m，初始温度为20℃，放置在温度为1200℃的炉内加热，已知不锈钢热扩散率为3.95×10−6㎡╱s，钢板在炉内的表面传热系数为250W╱(㎡.K)，试求钢板加热到800℃时所需时间。