2 传热学 习题课

解：根据多层复壁导热计算公式 :
q?
tw1 ? tw2
?1 ＋?2
＝ 700 ? 80 0.250 ＋ 0.250
?
595.2W / m2
?1 ?2 0.6
0.4
由q ?
tw1 ? tw2
?1 ＋?2
＝
700 ? 0.250 ＋
80
?
2
? 595.2 得到：
?1 ?2 0.6 0.076
? 2 ? 47.5mm
最大允许通过电流满足
所以
(A)
3 某过热蒸汽管道的内、外直径分别为150 mm和160 mm ，管 壁材料的导热系数为45 W/(m?K)。管道外包两层保温材料：第 一层厚度为40 mm，导热系数为0.1 W/(m?K)；第二层厚度为50 mm，导热系数为0.16 W/(m?K)。蒸汽管道内壁面温度为400 ?C， 保温层外壁面温度为50 ?C。试求：（1）各层导热热阻；（2） 每米长蒸汽管道的散热损失；（3）各层间的接触面温度。
1 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的 光谱发射率较其它单色光（黄、绿、蓝等）的光谱发射率高”。 你认为这种说法正确吗？为什么？
答：不正确。因为常温下物体呈现的颜色是由于物体对可见光中某种单色 光的反射造成的。红色物体正是由于物体对可见光中的黄、绿、蓝等色光 的吸收比较大，反射比较小，而对红光的吸收比较小，反射比较大所致。 根据A+R=1( A? ? ?? )T，可见红光的光谱发射率较其他单色光的光谱发射率 低而不是高。
得到：
tw2 ? tw1 ? ql ? R1 ? 400? 401.27? 0.000228? 399.90C
tw3 ? tw1 ? ql ? (R1 ? R2 ) ? 400? 401.27? (0.000228? 0.645) ? 141.10 C
4 一双层玻璃窗，高1.2m,宽1.1m，厚3mm，导热系数为1.05W/ （m·K）；中间空气层厚5mm，设空气层仅起导热作用，导热系数 为0.026W /(m·K) ；室内空气温度为25℃。表面对流辐射换热系 数为20W /(m·K)；室外空气温度为-10℃，表面对流辐射换热系 数为15W /(m·K) 。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层 玻璃窗想比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热 系数相同。
? 3 ? 10 ? 3 ? 5 ? 10 ?3 ? 3 ? 10 ?3 ?
1
? 146.8W
20 1.05 0.026 1.05 15
（2） 单层玻璃窗情形：
q2 ?
F (t f 1 ? t f 2 )
1 ? ?1 ? ?2
? 1 ?2 ? 2
?
1.1? 1
1.2? [25 ?
? 3 ? 10?3
4冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更 冷些？
解 假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而 在无风时属自然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时）。而空 气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量 更多，所以感到更冷一些
1 炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成，厚度都为250 mm，导热 系数分别为0.6 W/(m?K)和0.4 W/(m?K)，炉墙内外壁面温度分别 维持700 ?C和80 ?C不变。（1）试求通过炉墙的热流密度；（2） 如果用导热系数为0.076 W/(m?K)的珍珠岩混凝土保温层代替红 砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变，试确定该保 温层的厚度。
根据圆筒壁稳态导热计算公式：
ql
?
t w1 ? tw4 ＝
400 ? 50
R1 ? R2 ? R3 0.000228 ? 0.645 ?
0.346
?
353.1W / m
由 ql
?
tw1 ? tw4
t ＝
w1
?
tw2
R1 ? R2 ? R3
R1
? tw2 ? tw3 R2
? tw3 ? tw4 R3
2 一根直径为 3mm的铜导线，每米长的电阻为2.22 × 10-3Ω。 导线外包有1mm厚、导热系数0.15w/m.k 的绝缘层。限定绝缘层 的最高温度为65℃，试确定导线在0℃的环境下允许通过的最大 电流。
解：最大允许通过电流发生在绝缘层表面温度为65 ℃ ，
最低温度0℃ 的情形。此时每米导线的导热量：
2 冬天，经过在白天太阳下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和， 并且经过拍打后，效果更加明显。试解释原因。
答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而且空 气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热 系数较小（20℃，1.01325×10Pa时，空气导热系数为0.0259W/ （m·K）），具有良好的保温性能。经过拍打的棉被可以让更多的空 气进入，因而效果更加明显。
(? 10)] ?1
?
386.5
W
20 1.05 15
显然，单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。因此，北
方的冬天常常采用双层玻璃窗，使室内保温。
5 如果用特征长度为原型1／5的模型来模拟原型中速度为6 m/s、 温度为200 ?C 的空气强迫对流换热，模型中空气的温度为20 ?C。试问模型中空气的速度应为多少？如果测得模型中对流换 热系数为200 W/(m2?K)，求原型中的对流换热系数值。
解：
R1
?
1
2?? 1
ln d2 d1
?
2?
1 ?
ln 160 45 150
?
0.000228K ?m / W
R2
?
1
2?? 2
ln d3 d2
?
2?
1 ln 240 ? 0.1 160
?
0.645K ?m / W
R3
?
1
2?? 3
ln d 4 d3
?
2?
1
340
ln
? 0.16 240
?
0.346 K ?m /W
3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） 双层玻璃窗情形，由传热过程计算式：
q
1
=
?
1 1F
? ?1 ?1F
t f1 ? t f2
? ?2 ? ?3 ?2F ?3F
?1
? 2F
ຫໍສະໝຸດ Baidu
?
F (t f 1 ? t f 2 )
1 ? ?1 ? ?2 ? ?3 ?
1
? 1 ?1 ?2 ?3 ? 2
=
1
1.1? 1.2 ? [25 ? (? 10)]