2011传热习题课

③

② ①

【1】一平壁厚10cm ，两侧壁温为300℃和100℃，材料的导热系数

)0002.01(099.0t +=λ W/(m ℃)。求通过平壁的热流密度。并作壁内温度分布曲线。

【2】水流过光滑直管，从25.4℃加热到34.6℃。管内直径20mm ，水在管内流速

为2m/s ，试求水与管壁的表面传热系数h 。

提示（a ）：水的物性参数给出如下： 提示（b ）：对流换热关系式

⎪⎩

⎪⎨⎧⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛=层流

湍流14

.03

14

.08.0Pr

Re 86.1Pr Re 023.0w

f d l Nu νν

【3】设有如附图所示的半球，其半球表面③绝热，底面被一直径（D ＝0.5m ）分为两部分。表面①为灰体，T 1=700K,ε1 = 0.35; 表面②为黑体，T 2 = 350K 。试

计算表面①的净辐射热损失及表面③的温度。

【4】在一逆流式换热器中，11号润滑油被冷却水冷却。冷却水入口、出口温度分

别为：2t '＝20℃，2t ''＝50℃，流量为3kg/s ；热油入口、出口温度分别为：1t '＝100℃，1

t ''＝60℃。换热器的传热系数k=350 W/(m 2·℃)。试计算热油的流量及换热器所

需的传热面积。35℃时的水，C p =4.174kJ/(kg ·K)，80℃时的11号润滑油，C p = 2.194kJ/(kg ·K)

T(℃) λ×102 ( W/m ℃) υ×106 (m 2/s) Pr 20 59.9 1.006 7.02 30 61.2 0.805 5.45 40

63.5

0.695

4.31

【5】一外直径为50mm 的钢管，外包一层8mm 厚、导热系数为0.12 W/(m ·℃)的石棉保温层，外面再包一层20mm 厚、导热系数为0.045 W/(m ·℃)的玻璃棉。已知钢管外侧壁温为300℃，玻璃棉层外侧温度为40℃。试求石棉与玻璃棉层之间的温度。

【6】一圆筒体的内、外半径分别为

i

i r 及0r ，相应的壁温i t 为0t 与，其导热系数与

温度的关系可表示成)1(0bt +=λλ的形式，式中λ及t 均为局部值。试导出计算单位长的上的导热热流量的表达式及导热热阻的表达式。

【7】一块单侧表面面积为A,初温0t 的平板一侧表面突然受到恒定热流密度0q 的加热，另一侧表面则受温度为∞t 的气流冷却，表面传热系数为h 。试列出物体温度随时间变化的微分方程式并求解之。设内热阻可以不计，其他的几何，物性参数均已知。

【8】一常物体的流体同时流过温度与之不同的两根直管1与2 ，且212d d =。流动与换热均已处于湍流充分发展区域。试确定在下列两种情形下两管内平均表面传热系数的相对大小：

a) 流体以相同流速流过两管； b) 流体以同样的质量流量流过两管。

【10】由耐火砖、硅藻土砖、金属护板组成的炉墙，厚度分别为125、125、4mm ，导热系数分别为0.4、0.14、45 W ·m -1·K -1，炉墙内外壁温度分别为350℃和64℃。求炉墙单位面积的热损失和各层界面的温度。

【11】用实验确定空气流过球表面的表面传热系数，可采用非稳态导热原理。铜球直径为12.7mm ，密度为8800㎏·m -3，比热为0.461 kJ ·kg -1·K -1，初始温度为66℃，把它放入温度为27℃的气流中，69s 之后，球外表面上热电偶指示温度为55℃。请给出空气与球表面间的表面传热系数。

【12】在一平静无风的夏夜，一面积约为2000㎡的水池，水温约为32℃，周围空气温度约为26℃，计算水池上表面对周围进行自然对流散热时的散热速率。若取天空有效辐射温度为-70℃，水面黑度为1.0，计算其辐射散热速率。若水深为1米，温度均匀。不计周边及底部的散热损失，试算出12h后其温度降为多少？

提示（b）：由于其特征长度很大，故流动处于湍流状态，其对流换热关系式取为如下形式：

0.15

Nu=⋅1/3

（Gr Pr）

【13】内燃机排气温度为450℃，流量为0.04 kg·s-1，比热为1.13 kJ·kg-1·K-1。此余热被用来加热流量为0.1 kg·s-1，温度为10℃的水。水温被加热到50℃，以供生活之用。今有两台现成的套管式换热器，传热系数均为K = 100 W·m-2·K-1、，传热面积分别为A1 = 0.9㎡、A2 = 0.6㎡。试通过计算确定采用哪一台换热器，流动以何种方式布置。

【14】用一热电偶来测量在壁温为t2 = 94℃的大管道中流过的空气温度，热电偶结点处黑度ε1 = 0.6，气体与热结点之间表面传热系数h = 142 W·m-2·K-1。设热电偶读数t1＝100℃，试计算空气的真实温度。

【15】一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.22×3

10 Ω。导线外包有厚1mm 导热系数为0.15 W/（m·k）的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃,环境温度为0℃,空气与绝缘层外表面的表面传热系数为20 W/（m2·k），试确定在这种条件下导线中允许通过的最大电流。

【16】把一个直径为D，处于均匀温度T0的金属球从炉中突然移出。并用一根细丝悬挂在大房间中，房间的空气为均匀温度T∞，四壁温度为T s。

a)忽略球内温度梯度，试推导球内的温度随时间变化的微分方程。

b)忽略辐射换热，试推导出球冷却至某个温度T时所需要的时间。

【17】如图所示，对横掠正方形截面棒的强制对流换热进行实验测定，测得结果如下

当u1 = 20 m/s时，h1= 50 W/（m2·k）

当u2 = 15 m/s时，h2= 40 W/（m2·k）

假定换热规律遵循如下函数形式：Nu = CRe m Pr n，其中C，m，n为常数。正方形截面对角线长为l = 0.5米。试确定：

c)形状不变，仍为正方形，但尺寸改变，l＝1米，当空气流速分别为15m/s

和30m/s时的平均表面传热系数；

d)如果用边长而不是用对角线长度来作为特征长度，上述结果是否一样。

注意：假定上述各情形下的定性温度之值均相同。

【18】两块平行放置的平板，表面发射率均

为0.8，温度分别为t1=527℃及t2=27℃，板间距远小于板的厚度和宽度。试计算：（1）板1的自身辐射；（2）对板1的投入辐射；（3）板1的反射辐射；（4）板1的有效辐射；（5）板2的有效辐射；(6)板1、2间的辐射换热量。

【19】一个换热面由2mm厚的铁板构成，板的一面浸在82°C的流体中，表面传热系数为2100W/m2K，另一面浸在32°C的流体中表面传热系数为4500W/m2K.

A）试画出类似于电路图的热阻分析图

B）计算冷热流体间的传热量

C）计算换热面的表面温度

D）如果把2mm铁板换成2mm铝板，试分析换热量将提高多少？

假设铁和铝的导热系数分别是55W/mK和202W/mK。