传热学习题--5.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流传热学习题-5.精品文档.第1章绪论习题1-1 一大平板,高3m、宽2m、厚 0.02m,导热系数为45 W/(mK),两侧表面温度分别为t1 = 100、t2 = 50,试求该平板的热阻、热流量、热流密度。1-2 一间地下室的混凝土地面的长和宽分别为11m和8m,厚为0.2m。在冬季,上下表面的标称温度分别为17和10。如果混凝土的热导率为1.4 W/(mK),通过地面的热损失率是多少?如果采用效率为f = 0.90的燃气炉对地下室供暖,且天然气的价格为Cg = $0.01/MJ,每天由热损失造成的费用是多少?1-3 空气在一根内径50mm
2、,长2.5m的管子内流动并被加热,已知空气平均温度为80,管内对流传热的表面传热系数为h = 70W/(m2K),热流密度为q = 5000W/m2,试求管壁温度及热流量。1-4 受迫流动的空气流过室内加热设备的一个对流换热器,产生的表面传热系数h = 1135.59 W/(m2K),换热器表面温度可认为是常数,为65.6,空气温度为18.3。若要求的加热功率为8790W,试求所需换热器的换热面积。1-5 一电炉丝,温度为847,长1.5m,直径为2mm,表面发射率为0.95。试计算电炉丝的辐射功率。1-6 夏天,停放的汽车其表面的温度通常平均达4050。设为45,表面发射率为0.90,求车子
3、顶面单位面积发射的辐射功率。1-7 某锅炉炉墙,内层是厚7.5cm、 = 1.10W/(mK)的耐火砖,外层是厚0.64cm、 = 39W/(mK)的钢板,且在每平方米的炉墙表面上有18只直径为1.9cm的螺栓 = 39W/(mK)。假定炉墙内、外表面温度均匀,内表面温度为920K,炉外是300K的空气,炉墙外表面的表面传热系数为68 W/(m2 K),求炉墙的总热阻和热流密度。1-8 有一厚度为 = 400mm的房屋外墙,热导率为 = 0.5W/(mK)。冬季室内空气温度为t1 = 20,和墙内壁面之间对流传热的表面传热系数为h1 = 4 W/(m2 K)。室外空气温度为t2 = 10,和外
4、墙之间对流传热的表面传热系数为h2 = 6W/(m2 K)。如果不考虑热辐射,试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内、外壁面温度。1-9 一双层玻璃窗,宽1.1m、高1.2m、厚3mm,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2.6010-2 W/(m K)。室内空气温度为25,表面传热系数为20 W/(m2 K);室外温度为10,表面传热系数为15 W/(m2 K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量,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。第2章导热基本定律及稳态热传导习题2-1 一直径为do,单位体积内热源的
5、生成热的实心长圆柱体,向温度为t的流体散热,表面传热系数为ho,试列出圆柱体中稳态温度场的微分方程式及定解条件。2-2 金属实心长棒通电加热,单位长度的热功率等于l(单位是W/m),材料的导热系数,表面发射率、周围气体温度为tf,辐射环境温度为Tsur,表面传热系数h均已知,棒的初始温度为t0。试给出此导热问题的数学描述。2-3 试用傅里叶定律直接积分的方法,求平壁、长圆筒壁及球壁稳态导热下的热流量表达式及各壁内的温度分布。2-4 某房间的砖墙高3m、宽4m、厚0.25m,墙内、外表面温度为15和-5,已知砖的导热系数 = 0.7W/(mK),试求通过砖墙的散热量?2-5 一炉壁由耐火砖和低碳
6、钢板组成,砖的厚度d1 = 7.5cm,导热系数l1 = 1.1W/(m),钢板的厚度d2 = 6.4cm,导热系数l2 = 39W/(m)。砖的内表面温度tw1 = 647,钢板的外表面温度tw2 = 137。(1)试求每平方米炉壁通过的热流量;(2)若每平方米壁面有18个直径为1.9cm的钢螺栓(l = 39W/(m))穿过,试求这时热流量增加的百分率。2-6 平壁表面温度tw1 = 450,采用石棉作为保温层材料, = 0.094 + 0.000125,保温层外表面温度为tw2 = 50,若要求热损失不超过340W/m2,问保温层的厚度应为多少? 图2-32 习题2-7附图2-7 在如图
7、2-32所示的平板导热系数测定装置中,试件厚度远小于直径d。由于安装制造不好,试件与冷、热表面之间存在着一厚度为=0.1mm 的空气隙。设热表面温度t1 = 180 ,冷表面温度t2 = 30 ,空气隙的导热系数可分别按t1、t2查取。试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。通过空气隙的辐射传热可以忽略不计。( = 58.2W,d = 120mm ) 2-8 一铝板将热水和冷水隔开,铝板两侧面的温度分别维持 90和 70不变,板厚 10mm,并可认为是无限大平壁。0时铝板的导热系数 = 35.5 W/(mK),100时 = 34.3 W/(mK),并假定在此温度范围内导热系数是温度的线性
8、函数。试计算热流密度,板两侧的温度为50和30时,热流密度是否有变化?2-9 厚度为20mm的平面墙的导热系数为1.3 W/(mK)。为使通过该墙的热流密度q不超过 1830W/m2,在外侧敷一层导热系数为0.25 W/(mK)的保温材料。当复合壁的内、外壁温度分别为1300和50时,试确定保温层的厚度。2-10、某大平壁厚为25mm,面积为0.1m2,一侧面温度保持38,另一侧面保持94。通过材料的热流量为1 kW时,材料中心面的温度为60。试求出材料的导热系数随温度变化的线性函数关系式?2-11 参看图2-33,一钢筋混凝土空斗墙,钢筋混凝土的导热系数 =1.53W/(mK),空气层的当量
9、导热系数 = 0.742W/(mK)。试求该空斗墙的单位面积的导热热阻。图2-33 习题2-11附图 2-12 蒸汽管道的内、外直径分别为160mm和170mm,管壁导热系数l = 58W/(mK),管外覆盖两层保温材料:第一层厚度d2 = 30mm、导热系数l2 = 0.093W/(mK);第二层d3 = 40mm、导热系数l3 = 0.17W/(mK)。蒸汽管的内表面温度tw1 = 300,保温层外表面温度tw4 = 50。试求(1)各层热阻,并比较其大小;(2)单位长蒸汽管的热损失;(3)各层之间的接触面温度tw2和tw3。2-13 一外径为100mm,内径为85mm的蒸汽管道,管材的导
10、热系数l = 40W/(mK),其内表面温度为180,若采用l = 0.053W/(mK)的保温材料进行保温,并要求保温层外表面温度不高于40,蒸汽管允许的热损失ql =52.3W/m。问保温材料层厚度应为多少?2-14 一根直径为3mm 的铜导线,每米长的电阻为2.2210-3。导线外包有厚 1mm 、导热系数0.15W/(mK)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65,最低温度0,试确定这种条件下导线中允许通过的最大电流。2-15 用球壁导热仪测定型砂的导热系数。两同心空心球壳直径分别为d1 = 75mm,d2 = 150mm,两球壳间紧实地充填了型砂。稳态时,测得内、外表面温度分别为t1 =
11、 52.8,t2 = 47.3,加热的电流 I = 0.124A,电压 U = 15V,求型砂的导热系数。2-16 测定储气罐空气温度的水银温度计测温套管用钢制成,厚度d = 15mm,长度l = 20mm,钢的导热系数l = 48.5W/(mK),温度计示出套管端部的温度为84,套管的另一端与储气罐连接处的温度为40。已知套管和罐中空气之间的表面传热系数h = 20W/(m2K),试求由于套管导热所引起的测温误差。2-17 同上题,若改用不锈钢套管,厚度d = 0.8mm,长度l = 160mm,套管与储气罐连接处予以保温使其温度为60,试求测温误差为多少?2-18 截面为矩形的冷空气通道,
12、外形尺寸为32.2m2,通道墙厚度均为0.3m,已知墙体的导热系数l = 0.56W/(mK),内、外墙表面温度均匀,分别为0和30,试求每米长冷空气通道的冷量损失。图2-34习题2-20附图2-19 直径为30mm、长为100mm的钢杆,导热系数 = 49W/(mK),将其置于恒温的流体中,流体温度tf = 20,杆的一端保持恒定的200(流体与此端面不接触),流体对杆的表面传热系数为20 W/(m2K),试计算离端头50mm处的温度。图2-35 习题2-21附图2-20 过热蒸汽在外径为 127mm 的钢管内流过,测蒸汽温度套管的布置如图2-34所示。已知套管外径d = 15mm ,厚度
13、= 0.9mm ,导热系数 = 49.1W/(mK)。蒸汽与套管间的表面传热系数 h = 105 W/(m2K)。为使测温误差小于蒸汽与钢管壁温度差的 0.6%,试确定套管应有的长度。2-21 用一柱体模拟燃汽轮机叶片的散热过程。柱长9cm、周界为7.6cm、截面为 1.95cm2,柱体的一端被冷却到305(见图2-35)。815 的高温燃气吹过该柱体,假设表面上各处的表面传热系数是均匀为28 W/(m2K),柱体导热系数 = 55 W/(mK),肋端绝热。试求: (1)计算该柱体中间截面上的平均温度及柱体中的最高温度;(2)冷却介质所带走的热量。2-22 两块厚5mm的铝板,粗糙度都是2.5
14、4m,用螺栓连接,接触压力为2MPa,通过两块铝板的总温差为80。已知铝的导热系数为180W/(mK),试计算接触面上的温度差。第3章 非稳态热传导习题3-1 一热电偶的热结点直径为0.15mm,材料的比热容为420J/(kgK),密度为8400kg/m3,热电偶与流体之间的表面传热系数分别为58W/(m2K)和126W/(m2K),计算热电偶在这两种情形的时间常数。3-2 热电偶的热结点近似认为是直径为0.5mm的球形,热电偶材料的r = 8930kg/m3,c = 400J/(kgK)。热电偶的初始温度为25,突然将其放入120的气流中,热电偶表面与气流间的表面传热系数h = 95W/(m
15、2K),试求热电偶的过余温度达到初始过余温度的1%时所需的时间为多少?这时热电偶的指示温度为多少?3-3 将初始温度为80,直径为20mm的紫铜棒,突然横置于气温为20,流速为12m/s的风道中,5min后紫铜棒表面温度降为34。已知紫铜的密度r = 8954kg/m3,c = 383.1J/kgK,l =386W/(mK),试求紫铜棒与气体之间的表面传热系数。3-4 有两块同样材料的平壁A和B,已知A的厚度为B的两倍,两平壁从同一高温炉中取出置于冷流体中淬火,流体与平壁表面的表面传热系数近似认为是无限大。已知B平壁中心点的过余温度下降到初始过余温度的一半需要12min,问平壁A达到同样的温度
16、需要多少时间?3-5 内热阻相对于外热阻很小(Bi 0.1)的物体被温度为tf的常温介质所冷却。物体的初始温度为ti,表面传热系数不知道,只知道t1时刻物体的温度为t1。试求该物体温度随时间的变化关系。3-6 一厚度为0.2m的钢板受到常热流密度q = 10kW/m2的热流加热,如钢板初始温度为20,已知钢材导热系数l = 48.5W/(mK),a = 12.710-6m2/s,试问4min后钢板表面温度为多少?距表面0.1m处温度为多少?3-7 一长水泥杆,初始温度为7,直径为250mm,空气与水泥杆之间的表面传热系数为10 W/(m2K),水泥杆的导热系数l = 1.4W/(mK),a =
17、 710-7m2/s。当周围空气温度突然下降到-4时,试问8小时后杆中心的温度为多少?3-8 一块360mm240mm100mm的肉,初始温度为30,将其放入-5冰箱中冷藏,冰箱中的相当表面传热系数h = 25W/(m2K),若已知肉的l = 0.55W/(mK),a = 1.2810-7m2/s,问肉中心的温度达到5需要多少时间?3-9 一直径为150mm的混凝土圆柱,长为300mm,初始温度25,已知混凝土的l = 1.37W/(mK),a = 710-7m2/s, 若把圆柱放在0的大气环境中冷却,圆柱表面的表面传热系数h = 15W/(m2K),试计算中心温度冷却到5需要多少时间。3-1
18、0 一初始温度为25的正方形人造木块被置于425的环境中,设木块的6个表面均可受到加热,表面传热系数 h = 6.5 W/(m2K),经过4小时50分24秒后,木块局部地区开始着火。试推算此种材料的着火温度。已知木块的边长0.1m,材料是各向同性的, = 0.65W/(mK), = 810kg /m3,c = 2550J/(kgK)。第4章 稳态热传导问题的数值解法习 题图4-7 习题4-4附图4-1 试证绝热边界面上节点(i, j)的温度离散方程为4-2 试证对流传热边界条件,即已知h和tf时,两壁面垂直相交外拐角点的离散方程为图4-8 习题4-5附图4-3 一尺寸为240400 mm2的薄
19、矩形板,已知各边界表面的条件为:左侧边界面为绝热;右侧边界面为第三类边界条件:h = 40W/(m2K),tf = 25;上侧面边界为第一类边界条件,已知温度为200;下侧面边界为第二类边界条件,已知热流密度q = 1500 W/m2。已知薄板材料的导热系数l = 45W/(mK),按Dx = Dy = 80mm的步长划分网格,试计算该薄矩形板中的稳态温度分布。4-4 如图4-7所示的二维物体的导热系数为10W/(mK),上表面温度为500,左表面温度为100,右表面和下表面与气体接触,tf = 100,h = 10W/(m2K),试求节点1至9的温度。4-5 烟道墙采用导热系数l = 1.2
20、W/(mK)的材料砌成,如图4-8所示。墙内、外壁面温度分别为650、150,试用差分法计算墙体的温度分布。第5章习题5-1 温度为50,压力为1.01325105Pa的空气,平行掠过一块表面温度为100的平板上表面,平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为0.2m,宽度为0.1m。按平板长度计算的Re数为4104。试确定平板表面与空气间的表面传热系数和传热量。5-2 压力为1.01325105Pa、温度为30的空气以45m/s的速度掠过长为0.6m、壁温为250的平板,试计算单位宽度的平板传给空气的总热量。5-3 温度为27的空气流过长1m的平板,风速为10m/s,画出局部表面传热系数沿板长的变
21、化曲线,并求出全板的平均表面传热系数。5-4 压力为大气压的20的空气,纵向流过一块长320mm、温度为40的平板,流速为10m/s。求离平板前缘50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、320mm处的流动边界层和热边界层的厚度。5-5 题4中如平板的宽度为1m,求平板与空气的换热量。5-6 对于流体外掠平板的流动,试利用数量级分析的方法,从动量方程引出边界层厚度的如下变化关系式:。5-7 对于油、空气及液态金属,分别有、。试就外掠等温平板的层流边界层流动,画出三种流体边界层中速度分布与温度分布的大致图像(要能显示出与t的相对大小)。5-8. 温度为80的平板置于来
22、流温度为20的气流中,假设平板表面上某点在垂直于壁面方向的温度梯度为40/mm,试确定该处的热流密度。图5-9 习题10附图5-9 取外掠平板边界层的流动由层流转变为湍流的临界雷诺数(Rec)为5105,试计算25的空气、水及14号润滑油达到Rec数时所需的平板长度,取u = 1m/s。5-10 试通过对外掠平板的边界层动量方程式沿y方向作积分(从y = 0到y )(如图5-9所示),导出下列边界层的动量积分方程。提示:在边界层外边界上v 0。5-11 在一摩托车引擎的壳体上有一条高2cm、长12cm的散热片(长度方向系与车身平行)。散热片的表面温度为150。如果车子在20的环境中逆风前进,车
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