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，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。

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。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

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，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m 2。

1-21、有一台气体冷却器，气侧表面传热系数h 1=95 W/，壁面厚度δ=，λ=

W/，水侧表面传热系数h 2=5800 W/.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

/ 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--⨯==⨯ / 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 / W 总传热系数：

121

94.711δλ==++K h h W/

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=，λ1= W/，λ2= W/，h 2=5800 W/，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：

222122143221460

30015105105800 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。

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℃、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/ ∴，总传热系数为 W/

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/，外表面强制对流传热表面传热系数为50 W/，玻璃的导热系数λ=，.试确定通过玻璃的热损失。

思路：热阻网络图分析如下：

解：总热阻为：

()123211141010.1251500.7810

δλ-=++⨯=++=⋅R h h m K W 通过玻璃的热损失如下： ()()()f1f20.182020

57.55W

0.1251-∆Φ==⨯--==A t t A t R R