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

量。 解：()()()12= 1.5122550.26

2076.92W λδΦ-=⨯

⨯--=w w A

t t 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：

()()πΦ=-=⋅⋅-w f w f hA t t h dl t t

∴

())

2()

8.53.140.0140.08692049.3325πΦ

=⋅-=⨯⨯⨯-=⋅w f h dl t t W m K 此时的对流传热表面传热系数49.3325W/(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：

()()4412842

0.7 5.67102500155.04εσ-=-=⨯⨯⨯-=q T T W m

航天器单位表面上的换热量为155.04W/m 2。

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：

2111 1.05261095

-==⨯h (m 2.K)/ W ② 冷却器内视作导热过程，则导热过程的单位面积热阻为：

3

52.510 5.37631046.5

δλ--⨯==⨯ (m 2.K)/ W ③ 水侧为对流换热过程，则对流传热的单位面积热阻为：

4211 1.724105800

-==⨯h (m 2.K)/ W 总传热系数：

121

94.711δλ==++K h h 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℃，t f2=300℃，δ1=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。

解：应用传热过程的热阻网络分析得：

22

212214322146030015105105800 1.1646.5225352W 225.35kW f w t t q h m m

δδλλ---=++-=⨯⨯++== ∴，单位面积所传递的热量为225.35kW 。

1-26、有一台传热面积为12m 2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：9.757.3522

℃++=

==in out t t t 由对流传热公式，得： ()()

690078.23127.350氨Φ===--h A t t W/(m 2.K) ∴，总传热系数为78.23 W/(m 2.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10 W/(m 2.K)，外表面强制对流传热表面传热系数为50 W/(m 2.K)，玻璃的导热系数λ=0.78W/(m .K)，.试确定通过玻璃的热损失。

思路：热阻网络图分析如下：