西电电子设备热控制答案.docx

精选优质文档-倾情为你奉上习题1 1. 平壁的厚度为，两表面温度分别为t1和t2，且t1t2。平壁材料之导热系数与温度的关系呈线性，即。试求热流密度和壁内温度分布的表达式。解：由傅立叶定律两边积分 由 得 解出 2. 变压器的钢片束由n片钢片组成，每一钢片的厚度为0.5mm，钢片之间敷设有厚度为0.05mm的绝缘纸板。钢的导热系数为58.15W/(m·)，绝缘纸的导热系数为0.116 W/(m·)。试求热流垂直通过钢片束时的当量导热系数。解：由多层平壁导热公式引入当量导热系数m，有两式中相等，故有3. 用稳定平板导热法测定固体材料导热系数的装置中，试件做成圆形平板，平行放置于冷、热两表面之间。已知试件直径为150mm，通过试件的热流量Q60W，热电偶测得热表面的温度和冷表面的温度分别为180和30。检查发现，由于安装不好，试件冷、热表面之间均存在相当于0.1mm厚空气隙的接触热阻。试问这样测得的试件导热系数有多大的误差？解：测试装置示意图及对应的热阻图如下：导热系数精确值导热系数的计算值 导热系数的相对误差空气在t1180时，a13.78×10-2W/(m·)；t230时，a22.67×10-2W/(m·)。故试件导热系数的测量相对误差为4. 蒸汽管道的外直径为30mm，准备包两层厚度均为15mm的不同材料的热绝缘层。第一种材料的导热系数10.04W/(m·)，第二种材料的导热系数20.1W/(m·)。若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案：第一种材料在里层，第二种材料在外层；第二种材料在里层，第一种材料在外层。哪一种好？为什么？解：方案的单位管长热损失：方案的单位管长热损失：方案的热损失小，故方案好。5. 导热复合壁，由1386W/(m·)的铜板，20.16W/(m·)的石棉层及30.038W/(m·)的玻璃纤维层组成，它们的厚度分别为2.5cm、3.2mm和5cm。复合壁的总温差为560，试求单位面积的热流量为多少？解：三层材料形成的热阻为串联关系，故通过复合平壁的面积热流密度为：6. 内径为300mm、厚度为8mm的钢管，表面依次包上一层厚度为25mm厚的保温材料（0.116W/(m·)）和一层厚度为3mm的帆布（0.093W/(m·)）。钢的导热系数为46.5W/(m·)。试求此情况下的导热热阻比裸管时增加了多少倍？解：裸管的导热热阻：加保温材料后的热阻：两热阻之比 比裸管时增加了1290倍。7. 蒸汽管道材料为铝，导热系数为204W/(m·)，内、外直径分别为86mm和100mm，内表面温度为150。用玻璃棉（0.038W/(m·)）保温，若要求保温层外表面温度不超过40，且蒸汽管道允许的热损失为150W/m，试求玻璃棉保温层的厚度至少应为多少？解：设玻璃棉厚度为。由圆筒壁导热量计算公式即 故玻璃棉保温层的厚度至少为34.5mm。8. 内、外直径分别为10cm和20cm的圆筒壁，内表面温度为300，外表面温度为100。试确定壁内距外表面2cm处的温度。解：设内表面温度t1300，外表面温度t2100，内表面直径d10.1m，外表面直径d20.2m，距内表面2cm处温度为t，则根据圆筒壁导热热阻计算公式可得：故9. 试将圆筒壁的热阻与同材料、同厚度的平壁的热阻进行比较。若温度条件相同，而平壁的面积等于圆筒壁的内表面积，试问哪一种情况下热阻较大？解：圆筒壁的热阻：平壁的热阻：令，时，故y在x>0上单调递增，且x0时，y0。当x>0时，即，即平壁的热阻大。习题2答案10. 放置在温度为20的室内的水平管道直径为7.5cm，表面温度为240，压力为一个大气压。试求每米管道的自然对流热损失是多少？解： 定性温度：特征尺寸：管道外径d0.075m 由定性温度tm查空气的物性参数Pr0.685， 26.63×10-6m2/s， 3.42×10-2W/(m·)， 判断空气流动状态 流态为层流，C0.53，n1/4。 由牛顿冷却公式 每米管长的自然对流热损失11. 直径为7.5cm的垂直圆柱，其高度为1.8m，温度保持93，周围环境温度为30。试计算其自然对流热损失。解： 定性温度：特征尺寸：圆柱高H1.8m 由定性温度tm查空气的物性参数Pr0.696， 19.18×10-6m2/s， 2.91×10-2W/(m·)， 判断空气流动状态 流态为紊流，C0.12，n1/3。 圆柱的自然对流热损失12. 水以1kg/s的流量强迫流过内径为2.5cm的管子，水的入口温度为15，出口温度为50。沿管全长的管壁温度均高于水温14。试问管子长为多少？解： 定性温度：特征尺寸：管道内径d0.025m 由定性温度tf查水的物性参数Pr5.16， 0.764×10-6m2/s， 62.2×10-2W/(m·)，Cp4197J/(kg·)，994.85 kg/ m3 判断水的流动状态管内水流平均速度 流态为紊流。 由能量守恒定律 即 管长 题Error! Reference source not found.图13. 原子能反应堆的棒束被纵向水流所冷却（如图）。已知元件外径d9mm，相邻元件的中心距s13mm，被冷却表面的平均热流密度1.7×106W/m2，冷却水的平均温度tf200，平均速度8m/s。试求元件被冷却表面的平均换热系数及平均壁面温度。解： 定性温度：特征尺寸：取当量直径 由定性温度tf查水的物性参数Pr0.93， 0.158×10-6m2/s， 66.3×10-2W/(m·) 判断水的流动状态 流态为紊流。 被冷却表面的平均换热系数： 由牛顿冷却公式 可得平均壁面温度 14. 水以1m/s的速度在管内流动，进、出口的温度分别为160和240，管壁温度为250，管壁热流密度为3.68×105W/m2。已知流动处于紊流状态，试求管子内径和长度。解： 定性温度： 特征尺寸：取管道内径d。 由定性温度tf查水的物性参数Pr0.93， 0.158×10-6m2/s， 66.3×10-2W/(m·)，Cp4501 J/(kg·)，863 kg/ m3 由牛顿冷却公式 可得壁面对流换热系数 流动为紊流即 由流体吸收热量方程 即 得管长 15. 平均温度tf300的热空气在矩形断面a×b0.4×0.8m2、长l40m的风道内流过（空气温度高于风道壁温度），流量G4.8kg/s。试求空气对风道内壁的对流换热系数。解： 定性温度： 特征尺寸：取当量直径 由定性温度tf查空气的物性参数Pr0.674， 48.33×10-6m2/s， 4.6×10-2W/(m·)，0.615 kg/ m3 判断空气的流动状态风道内空气的平均流速 流态为紊流。 故风道内壁的空气对流换热系数为：习题3答案16. 试求出图中所示的各种情况的辐射角系数F12 解：(a) 由角系数的相对性： 由角系数的可加性： 联立接得： 由Z/X4/5，Y/X3/5，查图可得F2,1+30.25由Z/X2/5，Y/X3/5，查图可得F2,30.19 (b) 由角系数的可加性： 由角系数的相对性： 由角系数的可加性： 联立接得： 由Z/X3/2，Y/X5/2，查图可得F2+3,1+40.114由Z/X2/2，Y/X5/2，查图可得F2+3,40.0954由Z/X3/2，Y/X4/2，查图可得F3,1+40.137由Z/X2/2，Y/X4/2，查图可得F3,40.116 (c)和(b)推导过程一致由Z/X2/3，Y/X4/3，查图可得F2+3,1+40.135由Z/X1/3，Y/X4/3，查图可得F2+3,40.087由Z/X2/3，Y/X3/3，查图可得F3,1+40.17由Z/X1/3，Y/X3/3，查图可得F3,40.113 (d)和(a)推导过程一致由Z/X2/3，Y/X1/3，查图可得F2,1+30.32由Z/X1/3，Y/X1/3，查图可得F2,30.26 17. 要求从一个宇宙飞船向另一个宇宙飞船传递能量。为此，每个飞船备有一块边长为1.5m的正方形平板，将两飞船的姿态调整到两平板互相平行，且间距为30cm。一板的温度为800，另一板的温度为280，辐射率分别为0.5和0.8。假设外部空间为0°K的黑体，试求：(a) 飞船间的净换热量；(b) 热板的总热损失。解：可画出辐射热阻图为由X/L1.5/0.3，Y/L1.5/0.3，查图可得F120.69 故图中各辐射热阻值为：, ，对J1有：对J2有：联立求解得： (a) 飞船间的净辐射换热量： (b) 热板的总热损失： 18. 有一面积为3×3m的方形房间，地板温度为25，天花板温度为13，四面墙壁都是绝热的，房高为2.5m，所有表面的黑度均为0.8。试求地板和天花板之间的净辐射换热量及墙壁的温度。解：由于墙壁绝热，故可画出辐射热阻图为由X/L3/2.5，Y/L3/2.5，查图可得F120.25 故图中各辐射热阻值为：, ，可解出：， 地板和天花板之间的净辐射换热量： 墙壁的温度：19. 两块1.2×1.2m的理想黑体平行平板，其间距为1.2m，放在一个壁温为20的大房间里，两平板的温度分别为550和250。试求两板间的净辐射换热量。解：依照题意可画出辐射热阻图为由X/L1.2/1.2，Y/L1.2/1.2，查图可得F120.2 两板间的净辐射换热量： 习题4答案20. 钢制（导热系数为43W/(m·)）矩形直肋装在温度为200的壁上，肋的厚度为2.5cm，高度为15cm，环境温度为15，对流换热系数为17W/(m2·)。试计算每片肋单位宽度的热损失。解：设肋片宽度B(截长)为1m。当量肋高 肋片效率 肋片单位宽度热损失21. 为了增强传热，在外径为40mm的管道外表面上装纵肋12片，如图所示。肋厚0.8mm，肋高20mm，肋片材料的导热系数为116W/(m·)。若管道的壁温为140，周围介质的温度为20，换热系数为20W/(m2·)。试求每米管长的散热量。解：设管长为1m。当量肋高 肋片效率 单根肋片的散热量为总散热量22. 某低频功率晶体管的参数为：tjmax80，Rjc2/W，P8W。将其安装在散热器上，且绝缘垫片的热阻为1/W，当环境温度为40时，求散热器的热阻及管壳温度。解：可画出晶体管散热器热阻图为由热阻图可得管壳温度：散热器表面温度： 散热器 23. 某电子设备机壳尺寸为：长610mm，宽350mm，高300mm，机壳外表面平均温度为65，周围空气温度为35，如果忽略辐射散热，试求该机壳的散热能力（不计算其底面）。解： 机箱侧面自然对流散热量 定性温度：特征尺寸：H0.3 m 判断空气流动状态 流态为层流，C0.59，n1/4。 计算机箱侧壁自然对流散热量散热面积：侧壁自然对流散热量： 机箱顶面自然对流散热量 定性温度不变，仍为50特征尺寸： 判断空气流动状态 流态为紊流，C0.15，n1/3。 计算机箱顶面自然对流散热量 机壳的总散热量：24. 某电子设备长×宽×高的尺寸为600×400×800mm，机壳平均温度为35，表面黑度0.92，周围环境温度为25，内部空气温度为45，机箱四个侧面参与散热，侧面开通风孔的总面积为154cm2（包括出风孔面积和进风口面积，并假设进风出风面积相等），试计算机箱能散掉多少热量？解： 机箱侧面自然对流散热量 定性温度：特征尺寸：H0.8m 由定性温度查空气的物性参数Pr0.701， 16×10-6m2/s， 2.67×10-2W/(m·)，1.165kg/m3Cp=1005 J/(kg·)， 判断空气流动状态 流态为层流，C0.59，n1/4。 计算机箱侧壁自然对流散热量散热面积：侧壁自然对流散热量： 机箱侧面辐射散热量 通风孔散热量进风孔面积：设进风孔处风速为0.15m/s，则通风孔散热量： 机箱总散热量： 专心-专注-专业