武汉理工传热学复习大纲

10．厚200mm的耐火砖墙，导热系数λ1=1.3w/(m· K)。为使 每平方米炉墙的热损失不超过1830w/m2，地墙外覆盖一层 导热系数2=0.35w/(m· K)的材料。已知炉墙两侧的温度分别 为1300℃和30℃，试确定覆盖材料层应有的厚度。
11．蒸汽管的外径为108㎜,管外包以λ＝0.1w/(m· K)的绝热 材料,蒸汽温度为330℃(由于蒸汽与管壁间的对流热阻和管 壁的导热热阻要比绝热材料的热阻小得多,可略去不计,所以 可近似地认为绝热层内壁的温度等于蒸汽的温度)。若要使 绝热层外壁面的温度不超过40℃,每米管长的热损失不超过 q1＝150w/m,试求绝热层的最小厚度应为多少。 12．包扎柴油机排气管的绝热材料厚度是以表层温度不得 大于50℃为准。当不包绝热层时的裸管表面温度为200℃。 机舱空气温度为30℃,表层对空气的总换热系数为 h＝10w/(m2· K)。求二种不同情况的热流密度q值。
解： 热电偶保护套的热平衡Φ对流=Φ辐射
T 4 T 4 h t f t1 5 . 669 1 1 w 100 100
1065 4 873 4 5 .669 0 .3 t f t1 206 .12 C 58 .2 100 100 t f 998 .12 C
对数平均温差定义、特点及其计算
利用对数平均温差法或效能－传热单元数法进行 换热器的设计及校核计算 传热过程的强化与隔热保温措施
二．习题
1．一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m，厚3㎜，导热系数为 1.05w/(m· K)；中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用， 导热系数为2.60×10-2w／（m· k）。室内空气温度为25℃。 表面传热系数为20w/(m2· K)；室外空气温度为-10℃， 表面传热系数为15w/(m2· K)。 试计算通过双层玻璃的散热量，并与单层玻璃窗相比较。 假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。
解： 由题意知道导热的条件为：
稳态工作状况； 通过多层平壁为一维导热； 忽略接触热阻； 物质是常物性的。 找出热阻， 并画出热阻图如图1所示:
解：由题意知道导热的条件为：
玻璃窗由玻璃层、中间空气层所组成。 A=1.1×1.2m2 玻璃厚度δ=3mm 空气层厚度δ=5mm 玻璃厚度δ=3mm 导热系数λ=1.05w/(m.k) 导热系数λ=2.60×10-2w/(m.k)
导热系数λ=1.05w/(m.k) 玻璃窗内tf1=25℃，外tf2=-20℃， 求玻璃窗通过双层玻璃的散热量并与单层玻璃窗相比较。 稳态工作状况； 通过多层平壁为一维导热； 忽略接触热阻； tf1 物质是常物性的。 找出热阻， 并画出热阻图如图1所示:
1 h1 A
t w1
tw2
tw3
tw4
tf2
1 h2 A
188 .57 w
单层玻璃窗Φ`:

1 1 h1 1 h 2
1
t w1 t w 4 A

25 20 1 .1 1 .2
1 20 0 . 003 1 . 05 1 15
495 .83 w
比较


495 . 83 188 . 57
d i 0 .0051 m
l
h0 10 w / m k
2
Biblioteka Baidu
d 0 0 .005 2 m
1 10 d 0
70 40
1 2 0 . 15 ln d0 0 . 005
30．用裸露的热电偶测得炉膛烟气温度t1=792℃。 已知水冷壁壁面温度tw=600℃， 烟气对热电偶表面的对流换热系数h=58.2w/(m2· K)， 热电偶的表面黑度ε1=0.3。 试求炉膛烟气的真实温度和测温误差。
k) tf2=50C h2=9w/(m2·
t2=? A= 0.5×10-4m2
h2 A
Φ/2
t2=?
A
t1
2

1 hA
t f1
t1=? t1=?
1
4

3 10
3
Φ
=3×10-3w
1 h1 A
2 9 0 .5 10 3 .33 50 53 .33 C

1 1 A
2 2 A
3 3 A
图1 热阻图
根据导热方程计算多层玻璃窗Φ:

t
1 h1
f1
t f 2 A
1 1

2 2

3 3

1 h2

25 20 1 .1 1 .2
1 20 0 . 003 1 . 05 0 . 005 0 . 026 0 . 003 1 . 05 1 15
50
tf1=50C
h1=9w/(m2· k)
tf1
3.空气受迫流过室内取暖器中的对流式 换热器，其换热系数h＝1135.6w/(m2· K)。 设换热器的表面温度恒定为338.71K，而 空气为291.48K。试确定取暖量为8790w 时所需的换热器换热面积。
解：
tw=338.71K h＝1135.6w/(m2· K) tf =291.48K Φ=8790w 换热面积A:
15．一个能使空气加速到50m/s的风机，用于低速风洞之中。 空气的温度是25℃。有人想利用该风洞研究平板边界层的特 性。雷诺数最大要求达到Rex=108，问平板的最短长度Lmin 应该是多少？在距平板前沿多大距离处开始过渡流态？已知 临界雷诺数Rec=5×105。
16．把开水到入一玻璃杯后，立即用手摸玻璃杯的外表面时 还不感到烫手，但如果用筷子快速搅拌热水，那么很快就会 觉得杯子烫手了。试解释这一现象。
22．两块平行放置的平板表面发射率均为0.6，其板间距 远小于板的宽度和高度，且两表面温度分别为t1=427℃， t2=27℃。试确定： （1）板1的本身辐射； （2）板1的投射辐射； （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。
23．一长0.5m、宽0.4m、高0.3m的小炉窑，窑顶和四周壁 温度为300℃，黑度为0.8；窑底温度为150℃，黑度为0.6。 计算窑顶和四周壁面的辐射换热量。 24．一个表面积为0.37m2的灰体,其ε1＝0.35和t1＝407℃, 此灰体被另一面积为3.33 m2的灰体表面A2全部包围住，ε2 ＝0.75和t2＝37℃。设x11=0，求两个灰体表面之间的净辐 射热量。
13．试计算20℃空气、润滑油以及水银以流速1m／s流过 平板时,在x＝0.5ｍ处层流边界层的厚度δ层.
14．在101325Pa压力下,温度tf＝27℃的空气以u∞＝30m/s的速 度掠过tw＝127℃的平壁,求距平壁前缘50㎜处的速度边界层 厚度δ,热边界层厚度δt.和局部换热系数hx.再用hx＝1.5λ/δt计算, 看两者的差别有多少?。
2 . 63 倍
2．电子仪器机箱内的空气温度为50℃。箱内有一芯片，它是 一个功率为3×10－3 w的热源。芯片两侧表面的面积为 0.5cm×1.0cm，空气流经表面积的对流换热系数为 h=9w/(m2· K)。在忽略辐射和边缘换热的情况下试求芯片的表 面温度。 tf2 1 解：忽略

2 t1 t f 1 1 hA
6．为什么湿砖的导热系数比干燥砖的导热系数大？ 7．火管锅炉炉胆的热流密度为48000w／ｍ２，钢板制成的 炉胆厚度为20ｍｍ，试求其内外壁面的温差, 设:(1)炉胆两侧没有污垢； (2)在水的一侧积有1.5㎜厚的水垢； (3)在水的一侧积有1.5㎜，另一侧积有2㎜厚的烟灰。
8．一复合三层壁由0.5cm厚的铝板、0.25cm厚的石棉以及 2cm厚的玻璃棉组成；中间层为石棉。铝板外表面温度为 400℃，玻璃棉外表面温度为50℃。试确定单位面积上的热 流量。 9．一外径为5.0cm的钢管(λ=45.0w/(m·K)），被一层厚为 4.2cm的氧化镁隔热材料(λ=0.07w/m·K））所包裹，而氧化 镁外又包了一层3.4cm厚的玻璃纤维隔热材料 (λ=0.048w/(m·K)）。若钢管外壁面温度为370K，玻璃纤维 隔热层外壁面温度为305K.问：氧化镁与玻璃纤维间的界面 温度为多少？
25．在温度分别为300℃与30℃，黑度同为0.052且相互 平行的两块铜板间,插入一块黑度为0.018.的抛光铝片后， 当处于稳定传热时，问辐射换热量将如何变化？铝片的温 度为多少？
26．液氧储存容器为双壁镀银的夹层结构，外壁内表面温度 tw1=20℃，内壁外表面温度tw2=-183℃,镀银壁的黑度ε＝0.02。 试计算由于辐射换热每单位面积容器壁的散热量。
17．对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流 体的换热？
18．一盛有热水的玻璃杯置于盛有冷水的盆中，冷水的表面 大约在热水高度的一半处。过一段时间后，取出杯子缓缓饮 用，你会感到上部的水和下部的水温有明显差别。试解释这 种现象，此时杯中的水有无导热现象？有无剧烈的对流现象？ 19．冰箱中的蒸发器应当放在冰箱的上部还是下部？为什么？ 20．为什么蒸汽动力装置的冷凝器上必须装设抽气装置？ 21．当把一杯水倒在一块炽热的金属板上时，板面上立即会 产生许多跳动的小水滴，并能在短期内不汽化。试以传热学 的观点解释这一现象。
27．一根直径d=50mm、长度l=8m的钢管，被置于横断面为 0.2m×0.2m的砖槽道内。若钢管温度和黑度分别为t1=250℃， ε1=0.79，砖槽壁面温度和黑度分别为 t2＝27℃，ε2=0.93，试计 算该钢管的辐射热损失。
28．电线外包绝缘层作为电绝缘的同时，还起到散热作用， 为什么？

测量的绝对误差 t 998 .12 792 206 .12 c 测量的相对误差
206 . 12 998 . 12 20 . 66
0 0
在管道上包以绝热材料，或在热电偶保护套外面加遮热套， 都会减小测量误差，而以加遮热套效果最为显著。
31．一台螺旋式换热器中，热水流量为2000kg/h，冷水流量为 3000kg/h；热水进口温度t1’= 80℃，冷水进口温度t2’= 10℃。如 果要求将冷水加热到t2”=30℃.试求顺流和逆流时的平均温差。
29．铝电线的外径为5.1mm，外包导热 系数=0.15w/(m· K)的聚氯乙烯作为绝缘 层。环境温度为40℃，铝线表面温度限 制在70℃以下。绝缘层表面与环境间的 复合表面传热系数为10w/(m2· K)，求绝 缘层厚度δ不同时每米电线的散热量及临 界热绝缘直径多大？
解： 临界热绝缘直径
d cr
A
t
w
t f h
8790

tw
1 hA
tf

338 .7 291 .48 1135 .6
4．30℃的空气吹过150℃的热表面，如果空气与热表面之 间的对流换热系数h=1135.6w/(m2· K)，试计算这个热表面对 流散热的热流密度。
5．有一台传热面积为12m2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69000w，试计算传热系数。
2 h

2 0 . 15 10
0 .03 m 30 mm
d 2 5 .1mm 30 mm
外包绝缘层会使换热量增大。 每米电线的散热量由通过圆管的热量传递公式计算:

l t f 1 t f 0
1
1 hi d i


ln
d0 di

1 h0 d 0
但温差及热阻均从电线的外壁面算起。由于绝缘材料 与铝线直接接触，因而绝缘层内表面的温度可以看作 70℃ ，即tw=70℃ 。取l=1m ， tf0=40 ℃ ，
传热学
一．基本概念
热传导 热对流 热辐射 热流密度 温度场 温度梯度 傅里叶定律 导热系数 肋片效率 努谢尔数：Nu 雷诺数：Re 普朗特数：Pr 格拉晓夫数：Gr
珠状凝结 膜状凝结 临界热流密度 辐射力 单色辐射力 定向辐射强度 黑度 灰体 角系数 肋化系数 临界热绝缘直径
传热过程定义及热阻分析法 几种典型情况下（平壁、圆管壁、肋壁） 传热系数k的计算 换热器的型式及其应用