传热学作业
传热学作业
沈阳航空航天大学预测燃气涡轮燃烧室出口温度场沈阳航空航天大学2013年6月28日计算传热学图1模型结构和尺寸图1.传热过程简述计算任务是用计算流体力学/计算传热学软件Fluent求解通有烟气的法兰弯管包括管内烟气流体和管壁固体在内的温度分布，其中管壁分别采用薄壁和实体壁两种方法处理。
在进行分析时要同时考虑导热、对流、辐射三种传热方式。
(1) 直角弯管内外壁面间的热传导。
注意：如果壁面按薄壁处理时，则不用考虑此项，因为此时管壁厚度忽略不计，内壁和外壁温度相差几乎为零。
(2) 管道外壁面与外界环境发生的自然对流换热。
由于流体浮生力与粘性力对自然对流的影响，横管与竖管对流换热系数略有不同的。
计算公式也不一样。
同时，管道内壁面同烟气发生的强制对流换热。
(3) 管道外壁和大空间（环境）发生辐射换热通过烟气温度和流量，我们可以推断出管道内烟气为湍流流动。
这在随后的模沈阳航空航天大学拟计算中可以得到证实。
2.计算方案分析2.1 控制方程及简化2.1.1质量守恒方程：任何流动问题都要满足质量守恒方程，即连续方程。
其积分形式为：0volA dxdydz dA t ρρ∂+=∂⎰⎰⎰⎰⎰ 式中，vol 表示控制体；A 表示控制面。
第一项表示控制体内部质量的增量，第二项表示通过控制面的净通量。
直角坐标系中的微分形式如下： ()()()0u v w t x y zρρρρ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ 上式表示单位时间内流体微元体中质量的增加，等于同一时间段内流入该微元体的净增量。
对于定常不可压缩流动，密度ρ为常数，该方程可简化为0u v w x y z∂∂∂++=∂∂∂ 2.1.2动量守恒方程：动量守恒方程也是任何流动系数都必须满足的基本定律。
数学式表示为：F m dv dtδδ= 流体的粘性本构方程得到直角坐标系下的动量守恒方程，即N-S 方程：()()()u u p div Uu div gradu S t xρρμ∂∂+=+-∂∂ ()()()v v p div Uv div gradv S t yρρμ∂∂+=+-∂∂ ()()()w w p div Uw div gradw S t zρρμ∂∂+=+-∂∂ 该方程是依据微元体中的流体的动量对时间的变化率等于外界作用在该微元体上的各种力之和。
传热学习题_5版_作业
传热学习题_建工5版绪 论0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45()K m W ⋅, 两侧表面温度分别为C t w ︒=1501及C t w ︒=2852，试求热流密度及热流量。
解：根据付立叶定律热流密度为：i dxdt t grad i q xλλ-=-=21212303752015028545m /W .x x t t dx dt q w w x -=-⨯-=---=-=λλ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：)W (A q 1822502330375=⨯⨯-==Φ0-15 空气在一根内经50毫米，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的对流换热系数()K m /W h ⋅=273，热流密度25110m /W q =, 是确定管壁温度及热流量Φ。
解：热流量)W (....)dl (q qA 72005520501435110=⨯⨯⨯===πΦ根据牛顿冷却公式()qA t t hA )dl (h t hA f w =-===π∆Φ管内壁温度为：C A q t t f w ︒=+=+=15573511085第一章 导热理论基础1-1 按20℃时，铜、碳钢（1.5%C ）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、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20℃的情况下λ铜=398 ()K m W ⋅，λ碳钢＝36()K m W ⋅， λ铝＝237()K m W ⋅，λ黄铜＝109()K m W ⋅.所以,按导热系数大小排列为:λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢(2) 隔热保温材料定义为：温度在350℃以下时，导热系数不超过0.12 ()K m W ⋅的材料。
(3) 由附录8得，当材料的平均温度为20℃时的导热系数:膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.t ()K m W ⋅ λ=0.0424+0.×20=0.04514 ()K m W ⋅; 矿渣棉: λ=0.0674+0.t ()K m W ⋅λ=0.0674+0.×20=0.0717 ()K m W ⋅;聚乙烯泡沫塑料在常温下（附录7）3)K m /(W ..⋅-=03800350λ。
传热学作业——精选推荐
传热学作业第一章绪论能量平衡分析1-8.有两个外形相同的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外表面就可以感觉到热，而B杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？答：Ｂ：杯子的保温质量好。
因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。
导热1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导热系数为1.04w/m.k，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2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式每天用煤Q??A?t1.04?20?(520?50)??75.2KW?0.1324?3600?75.2?310.9Kg/d4 2.09?10 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tw=69℃，空气温度tf=20℃，管子外径d=14mm，加热段长80mm，输入加热段的功率8.5w，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q?2?rlh?tw?tf? qh??dtw?tf＝49.33W/(m2.k) 所以热阻分析1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数h1＝95W/(m2.K)，壁面厚?＝2.5mm，??46.5W/(m.K)水侧表面传热系数h2?5800W/(m2.K)。
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：R1?111?0.010526;R20.0025?5.376?10?5;R31.724?10?4;h1h25800?46. 5K?则111h1h2?＝94.7W/(m2.K)，应强化气体侧表面传热。
第二章稳态热传导平板导热2-2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm及9.5mm，导热系数分别为45W/(m.K),0.07W/(m.K)及0.1W/(m.K)。
西安交通大学传热学大作业
《传热学》上机大作业二维导热物体温度场的数值模拟学校：西安交通大学姓名：张晓璐学号:10031133班级：能动A06一．问题（4-23）有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，形状和截面尺寸如下图所示，假设在垂直纸面方向冷空气和砖墙的温度变化很小，差别可以近似的予以忽略。
在下列两种情况下计算：砖墙横截面上的温度分布；垂直于纸面方向上的每米长度上通过墙砖上的导热量。
第一种情况：内外壁分别维持在10C ︒和30C ︒第二种情况：内外壁与流体发生对流传热，且有C t f ︒=101，)/(2021k m W h ⋅=，C t f ︒=302，)/(422k m W h ⋅=，K m W ⋅=/53.0λ二．问题分析 1.控制方程02222=∂∂+∂∂ytx t 2.边界条件所研究物体关于横轴和纵轴对称，所以只研究四分之一即可，如下图：对上图所示各边界：边界1：由对称性可知：此边界绝热，0=w q 。
边界2：情况一：第一类边界条件C t w ︒=10情况二：第三类边界条件)()(11f w w w t t h ntq -=∂∂-=λ 边界3：情况一：第一类边界条件C t w ︒=30情况二：第三类边界条件)()(22f w w w t t h ntq -=∂∂-=λ 三：区域离散化及公式推导如下图所示，用一系列和坐标抽平行的相互间隔cm 10的网格线将所示区域离散化，每个交点可以看做节点，该节点的温度近似看做节点所在区域的平均温度。
利用热平衡法列出各个节点温度的代数方程。
第一种情况： 内部角点：11~8,15~611~2,5~2)(411,1,,1,1,====++++=+-+-n m n m t t t t t n m n m n m n m n m 平直边界1：11~8),2(415~2),2(411,161,16,15,161,11,12,1,=++==++=+-+-n t t t t m t t t t n n n nm m m m平直边界2：7,16~7,107~1,6,10,,======n m t n m t n m n m平直边界3：12,16~2,30;12~1,1,30,,======n m t n m t n m n m第二种情况： 内部角点：11~8,15~611~2,5~2)(411,1,,1,1,====++++=+-+-n m n m t t t t t n m n m n m n m n m 平直边界1：11~8),2(415~2),2(411,161,16,15,161,11,12,1,=++==++=+-+-n t t t t m t t t t n n n nm m m m平直边界2：7,16~7206~1,61.0,10,)2(222111111,1,,1,======∆=∆︒=+∆∆+++=-+-n m h n m m y x C t xh t xh t t t t f f n m n m n m n m λλ平直边界3：12,16~2411~1,11.0,30,)2(222222221,1,,1,======∆=∆︒=+∆∆+++=-+-n m h n m m y x C t xh t xh t t t t f f n m n m n m n m λλ内角点：20,10,)3(22)(2111116,67,78,67,57,6=︒=+∆∆++++=h C t xh t xh t t t t t f f λλ外角点：4,30,)1(222222211,112,212,1=︒=+∆∆++=h C t xh t x h t t t f f λλ4,30,2222222,11,21,1=︒=+∆∆++=h C t xh t xh t t t f f λλ4,30,22222212,1511,1612,16=︒=+∆∆++=h C t xh t xh t t t f f λλ20,10,2111112,61,51,6=︒=+∆∆++=h C t xh t xh t t t f f λλ20,10,2111118,167,157,16=︒=+∆∆++=h C t xh t xh t t t f f λλ四．编程计算各节点温度和冷量损失（冷量推导在后面）（用fortran编程）由以上区域离散化分析可以得到几十个方程，要求解这些方程无疑是非常繁琐的，所以采用迭代法，用计算机编程求解这些方程的解，就可以得到各点温度的数值。
大学课程考试《传热学》作业考核试题
大学课程考试《传热学》作业考核试题试卷总分:100 得分:100一、单选题(共30 道试题,共60 分)1.下列物质中，（）可以产生热对流。
A.钢板B.熔融的铁水C.陶瓷D.铜丝正确答案:B2.炉墙内壁到外壁的热传递过程为（）。
A.热对流B.复合换热C.对流换热D.导热正确答案:D3.（）是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。
A.灰体B.磨光玻璃C.涂料D.黑体正确答案:D4.对流换热系数为1000W/（m2·K）、温度为77的水流经27的壁面，其对流换热的热流密度为（）。
A.80000W/m2B.50000W/m2C.70000W/m2D.60000W/m2正确答案:B5.暖气片外壁与周围空气之间的换热过程为（）。
A.纯对流换热B.纯辐射换热C.传热过程D.复合换热6.规定了边界上的热流密度值，称为（）。
A.第二类边界条件B.第一类边界条件C.第三类边界条件D.与边界条件无关7.气体的导热系数随温度的升高而（）。
A.减小B.不变C.增大D.无法确定8.单纯的导热发生在中。
A.气体B.液体C.固体D.以上三种物体9.A.AB.BC.CD.D10.蒸汽中若含有不凝结气体，将（）凝结换热效果。
A.大大减弱B.大大增强C.不影响D.可能减弱也可能增强11.下列说法错误的是（）。
A.准则表征了浮升力与黏滞力的相对大小，反映自然对流流态对换热的影响B.准则反映表征壁面法向无量纲过余温度梯度的大小，而梯度的大小，能反映对流换热的强弱C.准则反映了动量扩散和热量扩散的大小，准则也称为物性准则。
D.准则表征了惯性力与黏滞力的相对大小，反映自然对流流态对换热的影响12.若换热器中，一侧流体为冷凝过程（相变），另一侧为单相流体，下列说法正确的是（）。
A.逆流可获得比顺流大的换热温差B.顺流可获得比逆流大的换热温差C.逆流和顺流可获得相同的温差D.垂直交叉流可获得最大换热温差13.采用蒸汽和电加热器对水进行加热，下列说法正确的是（）。
传热学课后作业答案
1-10 一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为202m ，平均导热系数为1.04w/m.k ，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2.09×104kJ/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=⨯⨯⨯1-12 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8.5w ，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()fw t t rlh q -=π2所以()f w t t d qh -=π＝49.33W/(m 2.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250℃，表面发射率为0.7，试计算航天器单位表面上的换热量。
解：4T q εσ==0.7155250)./(1067.54428=⨯⨯⨯-K m W W/2m1-30 设图1-4所示壁面两侧分别维持在20℃及0℃，且高温侧受到流体的加热，)./(200,100,08.02101K m W h C t m f ===δ,过程是稳态的，试确定壁面材料的导热系数。
解：()()21111w w w f t t t t h q -=-=δλ()21111w w w f t t t t h --=∴δλ＝64)./(K m W1-32 一玻璃窗，尺寸为60cm cm 30⨯，厚为4mm 。
冬天，室内及室外温度分别为20℃及-20℃，内表面的自然对流换热表面系数为W ，外表面强制对流换热表面系数为50)./(K m W 。
传热学大作业
• 机械密封系统中，密封环、液膜及密封介质之间 的传热规律直接影响着密封环的端面温度，端面 温度对机械密封运行的稳定性有着很大的影响， 端面温度的高低直接反映了端面间液膜的相态和 密封端面间的摩擦状态。端面温度过高可导致密 封端面间液膜的汽化、密封端面的变形、密封介 质物理性质的改变（固化、聚合、结焦）等问题， 严重的影响到了机械密封装置的安全运行和使用 寿命。因此，对机械密封传热特性的研究显的尤 为重要。
根据彭旭东等人提出的端面平均温度的 计 算方法对于非接触式中间旋转环 机械密封其端面平均温度计算公式如下：
6.小结
• 本文主要研究了影响非接触式中间旋转环机械 密封液膜传热特性的因素，根据其传热特性总 结推导了液膜摩擦热、介质循环量、摩擦热分 配系数以及对流换热系数和密封端面平均温度 的计算公式。通过计算液膜摩擦热可获得稳态 条件下介质循环量、摩擦热在密封端面分配系 数以及对流换热系数的大小，从而可以确定稳 态条件下机械密封环端面的平均温度，同时也 为非接触式中间旋转环机械密封环温度场的研 究提供了理论据。
传热学大作业
班级： 学号： 姓名：
中间旋转环机械密封传热特性研究
1.机构简介
• 随着现代工业的不断进步，机械密封工况向着高 压、高速方向发展。而高速机组轴端密封稳定性 问题始终是亟待解决的难题。在高速状态下，不 管是接触式机械密封抑或是非接触式机械密封， 端面温升引起的端面变形始终是制约机械密封稳 定性的关键因素。经前人理论分析及实验研究发 现，引起端面温升的一个重要因素为密封环端面 间的相对旋转速度，相对转速越高，密封端面间 产生的摩擦热越大，密封环端面温升越明显，热 变形量也越大。降低端面间的相对旋转速度可有 效的降低密封端面的温度，减小热变形量。然而 这只是在理论分析与实验总结下得到的结论。
传热学分章作业
8-10一长圆管被置于方形通道的正中间，如附图 所示，试确定每一对边的角系数、两邻边的角系数 及任一边对管子的角系数。
θ α
8-18一管状电加热器内表面温度为900k，ε=1，试 计算从加热表面投入到圆盘上的总辐射能。
解：作虚拟表面3、4
8-24 两块无限大平板的表面温度分别为t1和t2，发 射率分别为ε1及ε2，其间遮热板的发射率为ε3，试 画出稳态时三板之间辐射换热的网络图。
7-19暖房的升温作用可以从玻璃的光谱的穿透比变 化特性得到解释。有一块厚为3mm的玻璃，经测 定，其对波长为0.3-2.5μm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5800K的黑体辐射及温度为 300K的黑体投射到该玻璃上时各自的总穿透比。
7-23一直径为20mm的热流计探头，用以测定一 微小表面积A1的辐射热流，该表面的温度 T1=1000K。环境温度很低，因而对探头的影响 可以忽略不计。因某些原因，探头只能安置在与 A1表面法线成45°处，距离l=0.5m（见附图）。 探头测得的热量是1.815×10-3w。表面A1是漫射 的，而探头表面的吸收比可近似的取为1。试确定 A1的发射率。A1的表面积为4×10-4m2。
3.写出对流换热过程中的无量纲准则Re数、Pr数、 Pe数和Gr数的物理量组成，指出它们各自表示的 物理意义？并指出Nu数与导热过程中产生的Bi数 的差别？
Re
u L
; Pr
a; Pe
Pr• Re;Gr
gTL3
2
Re――表征给定流场的流体惯性力与其黏性力的对比 关系；Pe――表征给定流场的流体热对流能力与其热 传导（扩散）能力的对比关系； Pr――反映物质的动量扩散特性与其热量扩散特性的 对比关系； Gr――主要表征给定流场在浮升力作用下产生的流体 惯性力与其黏性力的对比关系。
传热学看作业题解答答案
第一章作业1-1对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？ 解：（a ）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。
（b ）热量交换的方式主要有热传导，自然对流和热辐射。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（a ）布置。
1-7一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为20m 2，平均导热系数为1.04w/m ·k ，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2.09×104kJ/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=×××1-9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8.5w ，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c m w t A Q°•=−×××=∆=2/3.49)2069(08.0014.014.35.8α1-14宇宙空间可近似的看作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：航天器单位表面上的换热量2484241/155)250(1067.57.0)(m w T T Q =×××=−=−εσ1-27附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。
其余已知条件如图。
传热学习题(含参考答案)
传热学习题（含参考答案）一、单选题（共50题，每题1分，共50分）l、某厂巳用一换热器使得烟道气能加热水产生饱和蒸汽。
为强化传热过程，可采取的措施中（）是最有效，最实用的A、提高水的流速B、在水侧加翅片C、换一台传热面积更大的设备D、提高烟道气流速正确答案：D2、分子筛对不同分子的吸附能力，下列说法正确的是（）A、分子越大越容易吸附B、分子极性越弱越容易吸附C、分子越小越容易吸附D、分子不饱和度越高越容易吸附正确答案：D3、生物化工的优点有（）。
A、选择性强，三废少B、前三项都是C、能耗低，效率高D、反应条件温和正确答案：B4、有一种30°c流体需加热到80°C'下列三种热流体的热量都能满足要求，应选（）有利于节能A、150°C的热流体B、200°c的蒸汽C、300°C的蒸汽D、400°C的蒸汽正确答案：A5、下列物质不是三大合成材料的是（）。
A、塑料B、尼龙C、橡胶D、纤维正确答案：B6、若固体壁为金属材料，当壁厚很薄时，器壁两侧流体的对流传热膜系数相差悬殊，则要求提高传热系数以加快传热速率时，必须设法提高（）的膜系数才能见效A、无法判断B、两侧C、最大D、最小正确答案：D7、下列阀门中，（）不是自动作用阀。
A、闸阀B、止回阀C、疏水阀D、安全阀正确答案：A8、对于反应级数n大于零的反应，为了降低反应器体积，选用（）A、全混流反应器接平推流反应器B、全混流反应器C、循环操作的平推流反应器D、平推流反应器正确答案：D9、当提高反应温度时，聚合备压力会（）。
A、不变B、增加至10k g/cm2C、降低D、提高正确答案：D10、安全阀应铅直地安装在（）A、容器与管道之间B、气相界面位置上C、管道接头前D、容器的高压进口管道上正确答案：B11、环氧乙烧水合生产乙二醇常用下列哪种形式的反应器（）A、管式C、固定床D、鼓泡塔正确答案：A12、为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是（）A、表面光滑，颜色较浅B、上述三种情况效果都一样C、表面粗糙，颜色较浅D、表面粗糙，颜色较深正确答案：A13、离心泵设置的进水阀应该是（）。
传热学数值计算大作业
数值计算大作业一、用数值方法求解尺度为100mm×100mm 的二维矩形物体的稳态导热问题。
物体的导热系数λ为1.0w/m·K。
边界条件分别为： 1、上壁恒热流q=1000w/m2; 2、下壁温度t1=100℃； 3、右侧壁温度t2=0℃; 4、左侧壁与流体对流换热，流体温度tf=0℃，表面传热系数 h 分别为1w/m2·K、10 w/m2·K、100w/m2·K 和1000 w/m2·K;要求：1、写出问题的数学描述；2、写出内部节点和边界节点的差分方程；3、给出求解方法；4、编写计算程序(自选程序语言)；5、画出4个工况下的温度分布图及左、右、下三个边界的热流密度分布图；6、就一个工况下（自选）对不同网格数下的计算结果进行讨论；7、就一个工况下（自选）分别采用高斯迭代、高斯——赛德尔迭代及松弛法（亚松弛和超松弛）求解的收敛性（cpu 时间，迭代次数）进行讨论；8、对4个不同表面传热系数的计算结果进行分析和讨论。
9、自选一种商业软件（fluent 、ansys 等）对问题进行分析，并与自己编程计算结果进行比较验证（一个工况）。
（自选项）1、写出问题的数学描述 设H=0.1m微分方程 22220t tx y∂∂+=∂∂x=0，0<y<H ：()f th t t xλ∂-=-∂ 定解条件 x=H ，0<y<H ：t=t 2 y=0，0<x<H ：t=t1t 1t 2h ；t fq=1000 w/m 2y=H ，0<x<H ：tq yλ∂-=∂ 2、写出内部节点和边界节点的差分方程 内部节点：()()1,,1,,1,,122220m n m n m nm n m n m n t t t t t t x y -+-+-+-++=∆∆左边界： (),1,,1,1,,,022m n m n m n m nm n m n f m n t t t t t t x x h y t t y y y xλλλ-++---∆∆∆-+++∆=∆∆∆右边界： t m,n =t 2上边界： 1,,1,,,1,022m n m n m n m nm n m n t t t t t t y y q x x x x yλλλ-+----∆∆∆+++∆=∆∆∆ 下边界： t m,n =t 13、求解过程利用matlab 编写程序进行求解，先在matlab 中列出各物理量，然后列出内部节点和边界节点的差分方程，用高斯-赛德尔迭代法计算之后用matlab 画图。
传热学作业题
1
A1q1
= q2 = 5200 =44.62 q1 116.53
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2-14
• 外径为 100mm 的蒸气管道，覆盖密度为
20kg/m3的超细玻璃棉毡保温。已知蒸气管道外
壁温度为400℃，希望保温层外表面温度不超过 50℃。且每米长管道上散热量小于 163W，试 确定所需的保温层厚度。
，t1 =20oC，t 4 =-20o C，求q1,q2 , q2 q1
-
解：t =
t1 +t 4 2
=
20+（-20）=0o 2
C，查表得：2
=
2.44
10-2
W
（ / m K）
由公式q
t1
n
tn1
i
得:
i1 i
q1
t1 t4
1 2 3
0.006
20 (20) 0.008
0.006
求 2
解：由公式q=
t1
n
tn 1
i
i1 i
q
t1 t3
1 2
1500
1 2
q
750 55
0.02 2
1500解得 2 0.05375m
1.3 0.12
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2-9
• 双层玻璃窗系由两层厚为 6mm 的玻璃及其间的空 气隙所组成，空气隙厚度为 8mm。假设面向室内 的玻璃表面温度与室外的玻璃表面温度各为 20℃ 及-20℃，试确定该双层玻璃窗的热损失。如果采 用单层玻璃窗，其他条件不变，其热损失是双层玻
350 1.029 10-4 20
=0.0018
故满足集中参数法条件
0.0333
传热学习题及答案
传热学习题及答案在传热学的学习中，理解并掌握传热的基本方式和计算方法是非常重要的。
传热学是研究热量传递规律的科学，它包括导热、对流和辐射三种基本方式。
以下是一些传热的习题及答案，供学习参考。
习题1：导热问题某固体材料的导热系数为50 W/(m·K)，其厚度为2厘米，两侧温差为10摄氏度。
求通过该材料的热流量。
答案：首先计算单位面积的热流量（Q）：\[ Q = \frac{\Delta T}{d} \times k \]其中，\(\Delta T\) 是温差，\(d\) 是材料的厚度，\(k\) 是导热系数。
代入数值：\[ Q = \frac{10^\circ C}{0.02m} \times 50 W/(m\cdot K) = 2500 W/m^2 \]习题2：对流换热问题一个散热器的表面温度为80摄氏度，周围空气温度为20摄氏度，散热器的对流换热系数为10 W/(m²·K)。
如果散热器的面积为1平方米，求散热器的散热量。
答案：散热器的散热量（Q）可以通过以下公式计算：\[ Q = h \times A \times \Delta T \]其中，\(h\) 是对流换热系数，\(A\) 是散热器的面积，\(\Delta T\) 是温差。
代入数值：\[ Q = 10 W/(m^2\cdot K) \times 1 m^2 \times (80^\circ C -20^\circ C) = 600 W \]习题3：辐射换热问题一个表面温度为500摄氏度的黑体，其辐射面积为0.5平方米。
求其单位时间内辐射出的热量。
答案：黑体的辐射热量（Q）可以通过斯特藩-玻尔兹曼定律计算：\[ Q = \sigma \times A \times T^4 \]其中，\(\sigma\) 是斯特藩-玻尔兹曼常数（约为5.67 × 10⁻⁸W/(m²·K⁴)），\(A\) 是辐射面积，\(T\) 是绝对温度（开尔文）。
传热学作业学-作业
[4-1]：两块不同材料的平板组成如图4-73所示的大平板。
两板的面积分别为A 1和A 2，热导率分别为λ1和λ2。
如果该大平板的两个表面分别维持在均匀温度t 1及t 2，试导出通过该大平板的导热热量计算式。
t 2t 1A 1A 2λ1λ2解：取板A 为研究对象，取如下图所示的坐标，在距其侧面x 处，取一层厚dx 的微元体，列傅利叶定律的表达式，即111dt A dxφλ=- 分离变量后积分，并注意到热流量1φ与x 无关，得2211111x tx tdxdt A φλ=-⎰⎰。
即2121112111211()t t x x dt t t A x x dx A λλφ---==-⎰⎰，若设板厚为δ，则12111()t t A λφδ--=。
同理，板A2的导热量22122()t t A λφδ--=故大于板的导热量21121122()()t t A A φφφλλδ--=+=+[4-2]：有一厚度为20mm 的平面墙，热导率为1.3W/（m.K ）。
为使每平方米墙的热损失不超过1500W ，在外面上覆盖了一层热导率为0.1 W/（m.K ）的保温材料。
已知复合璧两侧的温度分别为750℃及55℃，试确定此时保温层的厚度。
解：通过平璧和保温层的热流密度 122121()t t q δδλλ-=+，即3311(75055)90.352010210 1.31.30.1q δδ---==⨯⨯++ 已知热量损失即导热量1500qA Φ=≤，A =1m 3固有3190.351500210 1.3δ-≤⨯+，解得10.0448m δ≥，因此，保温层厚度至少为45mm 。
t w1t w2t w3t w4[2-21]： 一钢制热风管，内径为160mm ，外径为170mm ，热导率λ1=58.2W/（m.K ）。
热风管外包有两层保温材料，内层厚2=30mm δ，热导率λ2=0.135W/（m.K ）；外层厚2=80mm δ，热导率λ3=0.0932W/（m.K ）。
传热学大作业
传热学大作业——二维物体热传导问题的数值解法1.二维热传导问题的物理描述：本次需要解决的问题是结合给定的边界条件，通过二维导热物体的数值解法，求解出某建筑物墙角稳态下的温度分布t以及单位长度壁面上的热流量φ。
1.1关于边界条件和研究对象选取的物理描述：如图所示为本次作业需要求解的建筑物墙壁的截面。
尺寸如图中所标注。
1.2由于墙角的对称性，A-A，B-B截面都是绝热面，并且由于对称性，我们只需要研究墙角的1/4即可(图中阴影部分)。
假设在垂直纸面方向上不存在热量的传递，我们只需要对墙角进行二维问题的研究即可。
关于导热量计算截面的物理描述：本次大作业需要解决对流边界条件和等温边界条件下两类边界条件的问题。
由于对称性，我们只需研究1/4墙角外表面和内表面的导热量再乘4，即是墙壁的总导热量。
2.二维热传导问题的数学描写：本次实验的墙角满足二维，稳态无内热源的条件，因此：壁面内满足导热微分方程：。
在绝热面处，满足边界条件：。
在对流边界处满足边界条件：3.二维热传导问题离散方程的建立：本次作业中墙角的温度场是一个稳态的连续的场。
本次作业中将1/4墙角的温度场离散化，划分成若干小的网格，每个网格的节点看成以它为中心的一个小区域的代表。
通过这些节点，采用“热平衡法”，建立起相应的离散方程，通过高斯-赛德尔迭代法，得到最终收敛的温度场，从而完成对墙角温度场的数值解。
对1/4墙角的网格划分如下：选取步长，为了方便研究，对导热物体的网格节点进行编码，编码规则如下：x,y坐标轴的方向如图所示，x,y轴的单位长度为步长, 取左下角点为(1,1)点，其他点的标号为其在x,y轴上的坐标。
以此进行编码，进行离散方程的建立。
建立离散方程，要对导热物体中的节点根据其边界条件进行分类（特殊节点用阴影标出）：首先以对流边界条件下的墙角为例1.外壁面上，平直边界节点：建立离散方程：以(i,j)为中心节点，进一步整理得：2.外部角点：建立离散方程：以(i,j)为中心节点，进一步整理得：3.绝热+对流边界角点：建立离散方程：以(i,j)为中心节点，进一步整理得：4.内部角点：建立离散方程：以(i,j)为中心节点，进一步整理得：5.绝热平直边界节点：建立离散方程：以(i,j)为中心节点，进一步整理得：6.对于普通内部节点：建立离散方程：以(i,j)为中心节点，进一步整理得：等温边界条件下：等温边界下内部节点和绝热边界下的节点离散方程与上述5，6式形式相同，在等温壁面处，节点方程只需写成即可4.方程的求解：由上图可知，本题中有16*12=192个节点，相应地，就会有192个待求解的离散方程。
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传热学的本质就是热传递，热传递现象无时不在，它的影响几乎遍及现代所有的工门，也渗透到农业，林业等许多技术部门中。
可以所除了极个别的情况以外，很难发现一个行业，部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。
传热学不仅在传统工业领域有很大的应用空间，在许多诸如航空航天，何能，微电子，材料，生物医学工程，环境工程，新能源以及农业工程等徐国高新技术领域也都在不同程度上依赖于传热学的最新成果，从这些方面不难看出，传热学在各个领域的应用中起到了不可替代的作用。
在传统工业和农业领域的应用：
1.传热学辅助与能源动力工业，如核电站的反应堆要经受一定的温度，压力和
高通量的中字辐射。
为了提高能源利用水平，必须不断强化炉内各传热表面
与燃气，烟气之间的换热。
核反应堆中则要强化燃料体原件与载热剂之间的
换热。
2.在石油及化工，冶金，建筑领域，其主要工艺工程都涉及到加热或者冷却。
之所以我们国家的在这些行业里的能耗是发达国家的数倍的直接原因就是，
由于和传热有直接关系的因素存在缺陷，如设备陈旧，工艺落后，管理水平
低等。
3.在建筑和建材工业领域里，建筑物的节能，采光和通风等均与传热关系密切。
建筑擦材料像水泥，建筑砖瓦，玻璃和卫生陶瓷等，大量使用高温炉窑焙烧
工艺，能耗极高而能效很低。
这些都是设备陈旧造成的。
而这些设备必须用
传热原理进行改造和更新。
4.空调制冷和集中供热行业是传热学的主要领域分支。
增大制冷剂的沸腾，凝
结表面传热系数，研究有关的强化传热技术和强化原件的制造工艺始终是提
高制冷机组性能的关键。
从20世纪80年代初引进国外的先进技术和产品开
始，现在国内不少厂家已经掌握了多种用于各类制冷机组上的强化沸腾或强
化冷凝传热表面和元件的制造工艺，如多孔表面沸腾管，单面或双面强化冷
凝管，以及波纹板式紧凑型蒸发器、冷凝器等。
特别值得提出，随着对大气
层和生态环境有害的氯氟烃类制冷剂的停产停用，对新制冷工质，尤其是混
合工质的传热性能的研究显得相对薄弱。
集中供热以其高效率、可靠性和清
洁无污染赢得了越来越大的市场，供热管网的隔热保温材料和技术、高效换
热设备、防腐措施、流动减阻和独立热计量等问题变得日益突出。
它们大多
数都与传热有很密切的关系。
5.在纺织业，不光种植的时候要用到传热学的原理，而且在加工的时候也要用
到传热学的原理。
市场上琳琅满目的保暖衣物产品都是利用传热学原理进行
加工制造的。
6.在铸造、焊接、金属热处理等常规机械加工工艺过程中，存在大量的非稳态
导热、移动边界的固液相变传热以及各类对流换热问题。
在精密机械和精密
仪器的制造和使用过程中，热应力和热变形量的预测、修正及控制也同样有
赖于传热原理的指导。
7.在土木水力工程领域也和传热学有直接的关系，比如在我们建筑水坝的时候，
浇筑水泥后的固化过程也是一个生热过程，掌握并控制水泥浇筑时的温度以
及随后固化过程中温度的变化，对消除坝体内的热应力，减少消除内部裂纹，
对保证工程的质量和大坝的长期安全有及其重要的意义。
在高新技术领域的应用：
1.多孔介质中的传热传质是当今传热学科中比较前沿的领域。
这些由固体骨架
或固体颗粒堆积组成的多相体系，其中的质量，动量和热量的传递规律是揭开
很多大自然秘密的关键因素。
近20年来，我国在冻土地区青藏铁路格尔木至
唐古拉山口地段路基和沿线修筑建筑物的地基处理，石油热采技术的开发，京
津地区地热资源的勘测评估，地下洞库的工程建设等重大项目以及热管的应用
开发等都涉及到多孔介质的传质传热问题，逐步引起了我国工程技术界的注意。
2.航空航天领域是当今世界上各领域高技术、新材料研究最集中的体现。
其中传
热学所起的作用功不可没。
据美国航空和宇宙航行局(NASA)所作的技术分析，
美国航天飞机的技术关键只有一个半，这半个是大推力的液氢—液氧火箭发动
机(其中自然与传热有密切的关系)，而那一个关键则是所谓“热防护系统”
(TPS)，即指以航天飞机外表面的防热瓦为主的整个热防护结构。
3.生物传热学是近年才发展起来的新兴传热学科分支。
虽然远末达到完善的程度，
却已经显示出强大的生命力和令人鼓舞的应用前景。
它是由生物学、临床医学
和传热学多个学科领域交叉形成的一门新学科，其目的在于通过把传热学的基
本原理和研究方法、手段引入到生物和医学工程领域中，探讨物质和能量在生
物体内的传输规律，以便为诸多至今末解开的生物医学难题寻求有效的解决方
案。
4.以化石燃料(煤炭、石油和天然气)为主构成的常规能源终将耗尽，而且已经为
期不远。
以太阳能、地热能、海洋能(包括海洋温差和波浪能)以及效率更高的
发电方式，如氢燃料电池、磁流体发电乃至可控核聚变为代表的新能源总要逐
步走向前台，成为人类的主要消费能源。
而这些新能源的开发和利用与传热学
有着密切的联系。
5.现代的机械加工工艺已经不限于传统的车、钳、铣、刨，像激光钻孔、激光切
割这类高热流、超短时间的新型加工手段已经用于石油钻井管等一些有特殊要
求的场合，并取得了良好的技术和经济效益。
这类特殊加工方式所涉及的热量
传递问题己不能再用传统的导热理论来分析，而必须加入对热量传输速度的考
虑，这类问题被称为“非傅里叶导热”。
6.以计算机芯片为代表的微电子元器件发展迅速，随着芯片体积微型化，线宽迅
速下降，芯片表面的热流密度已经超过l06w／m2，因此有“热障”之说，这对
微型化高效冷却技术提出了极高的要求。
近年用于高端服务器和桌面工作站的
新型空气冷却装置的冷却能力也已经达到l05w／m2。
7.军事领域里用到的传热知识更是数不胜数。
从历史上看，相当多的传热技术是
从军事用途开始发展并逐步走向完善和大规模应用的。
例如战斗机燃气涡轮发
动机的技术参数一贯代表这一领域的最高水平。
再如红外摄像装置和传感器，
最早也仅用于军事目的，像侦察用的夜视仪、导弹的红外跟踪寻的装置等。
可
见，用途非常之广。
热导仪的工作原理：
热导仪是80年代初期设计生产出来的，探头装配一根1．4mm粗的细铜棒制成的热电偶，在热电偶旁侧有加热器，加热器与电池电源连接。
在使用时，打开电源开关(3)即对加热器加热，加热器对热电偶不停地供热。
当测定时，热电偶探针接触被测宝石的瞬间，热量由热电偶探针传至宝石上，再由宝石传出。
若宝石的导热性好，热量传出就快；反之，则慢。
热导仪探针在宝石上传出热量的快慢，由发光二级管显示，热量传导得越快，显示屏的发光二极管由绿转黄再到红的上升速度加快，亮灯的数目就越多。
宝石对热的传导受气温影响，天气热时，宝石已经吸收了相对多的热量，再吸收热电偶探针给予的热的传导能力相对减小。
热传导还受颗粒度大小的影响，颗粒太小时，探针的热很快就传遍整个宝石，宝石对热的传导能力也相对减小。
因此在用热导仪测定宝石时，假如规定必须出现红色显示并发出呜叫声
才能确定为钻石或别的宝石时，就要根据测定时的气温及被测物的大小确定起始显示屏的数目。