传热学作业参考答案
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第九章
4．一工厂中采用 0.1MPa 的饱和水蒸气在—金属竖直薄壁上凝结，对置于壁面另一侧的物
体进行加热处理。已知竖壁与蒸汽接触的表面的平均壁温为
70 ℃，壁高 1.2m，宽 300 mm。
在此条件下，一被加热物体的平均温度可以在半小时内升高
30℃，试确定这一物体的平均
热容量 (不考虑散热损失 ) 。
解 :①温度为 5800 K 时 :
0.3 ×5800＝ 1740，由教材表 (10.1)查得 Fb(0 0.3T ) 0.0361
2.7 ×5800＝ 15660，由教材表 (10.1)查得 Fb(0 2.7T ) 0.971
该玻璃对 5800K 黑体辐射的总投射率为：
0.87Fb(0.3T 2.7T ) 0.87 (0.971 0.0361) 0.813
②温度为 300 K 时 :
0.3 ×300＝ 90，由教材表 (10.1)查得 Fb(0 0.3T ) 0 2.7 ×300＝ 810，由教材表 (10.1)查得 Fb(0 2.7T ) 1.5 10 5 该玻璃对 300K 黑体辐射的总投射率为： 0.87Fb(0.3T 2.7T ) 0.87 1.5 105 1.305 10 5
u m1
即 h2 为 h1 的 10 倍时， um2 是 um1 的 17.8 倍。
③p
l f
um
d2
由布拉修斯公式， f
1
0.3164 Re 4
0.3164(
ud m)
1 4
故
p
0.3164( l )( )
7
u
4 m
7
cu
4 m
(c
常数）
d d2
p2 p
1
( um2
)
7 4
um1
7
(17.8) 4
103 =1282<1800
流态为层流，假设层流正确
Φ= h(t s t )l w
=5677 ×（100- 70） ×1.2 ×0.3W=61312W 凝结换热量 =物体吸热量
Φ ?τ=mcp? t
mcp
61312 30 60 3.68 106 J/℃
t
30
16．当液体在一定压力下做大容器饱和沸腾时，欲使表面传热系数增加
14．表面的光谱发射率 ελ曲线，如教材图 10.16 所示。求表面温度分别为 时的总发射率 ε。
解 :表面温度为 500 ℃时的发射率为：
500℃和 1500℃
Eb, d
0
Eb, d
0 2
0 0.3Eb, d
6
2 0.7Eb, d
0.4Eb, d
6
Eb, d
0
= 0.3Fb(0 2T ) 0.7(Fb(0 6T) F
21．一直径为 20 mm 热流计探头，用以测定一微小表面积 A 1 的辐射热流。该表面的面
积为 4×10 - m4 2，温度 T =1 1200K 。探头与 A 1 的相互位置，如图所示。探头测得的热流为
2.14
×10
-
3
W
。设
A 1是漫射表面，
探头表面的吸收率可取为
1。试确定 A 的发射率 (环境对探 1
154
即 um2 是 um1 的 17.8 倍时，压强增大了 154 倍。耗功量 N
N 2 154 17.8 2741 N1
PAu
，故
m
耗功量增大了 2741 倍。因此，以增大流速来提高表面传热系数将使耗功率增大了若干 倍，从而增大了换热器的运行成本。 第十章
11．—种玻璃对 0.3~2.7 mμ波段电磁波的透射比为 0.87，对其余波段电磁波的透射比为 零，求该玻璃对 5800 K 和 300 K 黑体辐射的总透射比。
h1
t1
所以
t2 t
1
10 2.33
2.69
1
即当 h 增大 10 倍时，沸腾温差是原来的 2.69 倍。
②如为单相流体对流换热，由
D-B 公式可知 h
u 0.8 m
，即
h1 cuHale Waihona Puke Baidu0.18 ， h2 cum0.82
h 2
h 1
( um2 )0.8 10 故 u m1
u m2
1
10 0.8
17.8
头的影响可忽略不计 )。
解：由能量平衡得；
d I dA cos d
I
Eb
8
5.67 10
12004
（因为 A 1 是漫射表面）
dA 4 10 4 m2
cos cos45
1 d 2 cos45
d
dA 4
r2
r2
1
( 20 ）2 cos45
=4
1000 0.452
d
2.14 10 3W
代入求得 ε=0.149 第十一章
10 倍，沸腾温
差应增加几倍 ?如果同一液体在圆管内充分发展段做单相湍流换热，为使表面传热系数增加
10 倍，流速应增加多少倍 ?维持流体流动所消耗的功将增加多少倍 ?设物性为常数。
解 ①由米洛耶夫公式：
{ h1 h2
0.122
t p 2.33 0.5
1
0.122
t p 2 .33 0.5 2
h2 ( t2 )2.33 10
5．如图所示表面间的角系数可否表示为：
如有错误，请予更正。
X 3,(1 2)
X 3,1
X X 3,2 , ( 1 2),3
X 1,3
X? 2,3
答：分解性原理的基本形式为 :
AX i i ,( j k)
Ai X i , j
Ai X
i ,k
利用互换性原理可改写为： A Xi i ,( j k ) Aj X j ,i Ak X k,i
) 0.4(1 F ) b(0 6T )
b(0 2T )
（ 1）
当 2T=2×(500+273)=1546 时，由教材表 10.1 查得 Fb( 0 2T ) =0.0165
当 6T=6×(500+273)=4638 时，由教材表 10.1 查得 Fb( 0 6T ) =0.585
代入式（ 1）得 ε=0.569
X 对于 3,(1 2) X 3,1 X 3,2 ，完整的书写形式为 A X 3 3,(1 2)
解 :本题应注意热平衡过程，水蒸气的凝结放热量应等于被加热物体的吸热量。
P=0.1Mpa=10 5Pa,ts=100℃,r=2257.1kJ/kg, t
m=
1 ( t s+ t w)=
1 (100+70) ℃=85℃。
2
2
查教材附录 5，水的物性为： ρ=958.4kg/m3;λ=0.683 W ／ (m 2·℃ ); μ=282.5 ×10-6 N·s/m2
假设流态为层流：
1
2
4
3
h
1.13
l
(t
g
s
trw )
1
2
3
34
958.4 9.81 0.683 2257 10
1.13
6
W ／ (m2·℃)
282.5 10 1.2 (100 70)
=5677 W ／ (m2·℃)
4hl (t s t w)
4 5677 30 1.2
Rec
r
6
282.5 10
2257
4．一工厂中采用 0.1MPa 的饱和水蒸气在—金属竖直薄壁上凝结，对置于壁面另一侧的物
体进行加热处理。已知竖壁与蒸汽接触的表面的平均壁温为
70 ℃，壁高 1.2m，宽 300 mm。
在此条件下，一被加热物体的平均温度可以在半小时内升高
30℃，试确定这一物体的平均
热容量 (不考虑散热损失 ) 。
解 :①温度为 5800 K 时 :
0.3 ×5800＝ 1740，由教材表 (10.1)查得 Fb(0 0.3T ) 0.0361
2.7 ×5800＝ 15660，由教材表 (10.1)查得 Fb(0 2.7T ) 0.971
该玻璃对 5800K 黑体辐射的总投射率为：
0.87Fb(0.3T 2.7T ) 0.87 (0.971 0.0361) 0.813
②温度为 300 K 时 :
0.3 ×300＝ 90，由教材表 (10.1)查得 Fb(0 0.3T ) 0 2.7 ×300＝ 810，由教材表 (10.1)查得 Fb(0 2.7T ) 1.5 10 5 该玻璃对 300K 黑体辐射的总投射率为： 0.87Fb(0.3T 2.7T ) 0.87 1.5 105 1.305 10 5
u m1
即 h2 为 h1 的 10 倍时， um2 是 um1 的 17.8 倍。
③p
l f
um
d2
由布拉修斯公式， f
1
0.3164 Re 4
0.3164(
ud m)
1 4
故
p
0.3164( l )( )
7
u
4 m
7
cu
4 m
(c
常数）
d d2
p2 p
1
( um2
)
7 4
um1
7
(17.8) 4
103 =1282<1800
流态为层流，假设层流正确
Φ= h(t s t )l w
=5677 ×（100- 70） ×1.2 ×0.3W=61312W 凝结换热量 =物体吸热量
Φ ?τ=mcp? t
mcp
61312 30 60 3.68 106 J/℃
t
30
16．当液体在一定压力下做大容器饱和沸腾时，欲使表面传热系数增加
14．表面的光谱发射率 ελ曲线，如教材图 10.16 所示。求表面温度分别为 时的总发射率 ε。
解 :表面温度为 500 ℃时的发射率为：
500℃和 1500℃
Eb, d
0
Eb, d
0 2
0 0.3Eb, d
6
2 0.7Eb, d
0.4Eb, d
6
Eb, d
0
= 0.3Fb(0 2T ) 0.7(Fb(0 6T) F
21．一直径为 20 mm 热流计探头，用以测定一微小表面积 A 1 的辐射热流。该表面的面
积为 4×10 - m4 2，温度 T =1 1200K 。探头与 A 1 的相互位置，如图所示。探头测得的热流为
2.14
×10
-
3
W
。设
A 1是漫射表面，
探头表面的吸收率可取为
1。试确定 A 的发射率 (环境对探 1
154
即 um2 是 um1 的 17.8 倍时，压强增大了 154 倍。耗功量 N
N 2 154 17.8 2741 N1
PAu
，故
m
耗功量增大了 2741 倍。因此，以增大流速来提高表面传热系数将使耗功率增大了若干 倍，从而增大了换热器的运行成本。 第十章
11．—种玻璃对 0.3~2.7 mμ波段电磁波的透射比为 0.87，对其余波段电磁波的透射比为 零，求该玻璃对 5800 K 和 300 K 黑体辐射的总透射比。
h1
t1
所以
t2 t
1
10 2.33
2.69
1
即当 h 增大 10 倍时，沸腾温差是原来的 2.69 倍。
②如为单相流体对流换热，由
D-B 公式可知 h
u 0.8 m
，即
h1 cuHale Waihona Puke Baidu0.18 ， h2 cum0.82
h 2
h 1
( um2 )0.8 10 故 u m1
u m2
1
10 0.8
17.8
头的影响可忽略不计 )。
解：由能量平衡得；
d I dA cos d
I
Eb
8
5.67 10
12004
（因为 A 1 是漫射表面）
dA 4 10 4 m2
cos cos45
1 d 2 cos45
d
dA 4
r2
r2
1
( 20 ）2 cos45
=4
1000 0.452
d
2.14 10 3W
代入求得 ε=0.149 第十一章
10 倍，沸腾温
差应增加几倍 ?如果同一液体在圆管内充分发展段做单相湍流换热，为使表面传热系数增加
10 倍，流速应增加多少倍 ?维持流体流动所消耗的功将增加多少倍 ?设物性为常数。
解 ①由米洛耶夫公式：
{ h1 h2
0.122
t p 2.33 0.5
1
0.122
t p 2 .33 0.5 2
h2 ( t2 )2.33 10
5．如图所示表面间的角系数可否表示为：
如有错误，请予更正。
X 3,(1 2)
X 3,1
X X 3,2 , ( 1 2),3
X 1,3
X? 2,3
答：分解性原理的基本形式为 :
AX i i ,( j k)
Ai X i , j
Ai X
i ,k
利用互换性原理可改写为： A Xi i ,( j k ) Aj X j ,i Ak X k,i
) 0.4(1 F ) b(0 6T )
b(0 2T )
（ 1）
当 2T=2×(500+273)=1546 时，由教材表 10.1 查得 Fb( 0 2T ) =0.0165
当 6T=6×(500+273)=4638 时，由教材表 10.1 查得 Fb( 0 6T ) =0.585
代入式（ 1）得 ε=0.569
X 对于 3,(1 2) X 3,1 X 3,2 ，完整的书写形式为 A X 3 3,(1 2)
解 :本题应注意热平衡过程，水蒸气的凝结放热量应等于被加热物体的吸热量。
P=0.1Mpa=10 5Pa,ts=100℃,r=2257.1kJ/kg, t
m=
1 ( t s+ t w)=
1 (100+70) ℃=85℃。
2
2
查教材附录 5，水的物性为： ρ=958.4kg/m3;λ=0.683 W ／ (m 2·℃ ); μ=282.5 ×10-6 N·s/m2
假设流态为层流：
1
2
4
3
h
1.13
l
(t
g
s
trw )
1
2
3
34
958.4 9.81 0.683 2257 10
1.13
6
W ／ (m2·℃)
282.5 10 1.2 (100 70)
=5677 W ／ (m2·℃)
4hl (t s t w)
4 5677 30 1.2
Rec
r
6
282.5 10
2257