课后作业复习资料.docx

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1、1-2理发吹风器的构造示意图如附图所示，风道的流通面积，进入吹风器的空气压力，温度。要求吹风器出口的空气温度，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W。解：1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟。冷水通过电热器从15被加热到43。试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水温度为38送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。如果该换热器能将冷水加热到27，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min可以节省多少能源？解：电热器的加热功率：15分钟可节省的能量：1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20，平均导热系数为

2、，内外壁温分别是520及50。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式每天用煤1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层压板制成的木门外外表上，用热流计测得木门内外表热流密度为15W/m2。外变面温度为40，内外表温度为30。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。解： ，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，得到以下数据：管壁平均温度tw=69，空气温度tf=20，管子外径 d=14mm，加热段长 80mm，输入加热段的功率，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热外表传热系数多大？

3、解：根据牛顿冷却公式所以 49.33W/(m.k)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，其外外表平均温度为250，外表发射率为，试计算航天器单位外表上的换热量。解：W/1-19 在1-14题目中，如果把芯片及底板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20，芯片的外表黑度为，其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。解： P1-20 半径为0.5 m的球状航天器在太空中飞行，其外表发射率为。航天器内电子元件的散热总共为175W。假设航天器没有从宇宙空间承受任何辐射能量，试估算其外表的平均温度。解：电子原件的发热量航天器的辐射散热量即： =187K热阻分析1-21 有

4、一台气体冷却器，气侧外表传热系数95W/(m.K)，壁面厚，水侧外表传热系数W/(m.K)。设传热壁可以看成平壁，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，应首先从哪一环节着手？解：那么，应强化气体侧外表传热。1-34一台R22的空调器的冷凝器如附图所示。温度为313K的氟利昂22的饱和蒸气在管子内流动，温度为283K的空气进入冷凝器冷却氟利昂蒸气使其凝结。该冷凝器的迎风面积为，迎面风速为。氟利昂蒸气的流量为，从凝结氟利昂蒸气到空气的总传热系数为,试确定该冷凝器所需的传热面积。提示：以空气进、出口温度的平均值作为计算传热温差的空气温度。所谓迎风面积是

5、指空气进入冷凝器之前的流动面积。2-11提高燃气进口温度是提高航空发动机效率的有效方法。为了是发动机的叶片能承受更高的温度而不至于损坏，叶片均用耐高温的合金制成，同时还提出了在叶片及高温燃气接触的外表上涂以陶瓷材料薄层的方法，如附图所示，叶片内部通道那么由从压气机来的空气予以冷却。陶瓷层的导热系数为mK，耐高温合金能承受的最高温度为1250K，其导热系数为25W/(mK)。在耐高温合金及陶瓷层之间有一薄层粘结材料，其造成的接触热阻为10-4K/W。如果燃气的平均温度为1700K，及陶瓷层的外表传热系数为1000W/(K)，冷却空气的平均温度为400K，及内壁间的外表传热系数为500W/(K)，

6、试分析此时耐高温合金是否可以平安地工作？2-13 在附图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，试件及冷热外表之间平均存在着一层厚为的空气隙。设热外表温度，冷外表温度，空气隙的导热系数可分别按查取。试计算空气隙的存在给导热系数测定带来的误差。通过空气隙的辐射换热可以略而不计。解：查附表8得，无空气时有空气隙时得所以相对误差为圆筒体2-16 一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为。导线外包有厚为1mm导热系数为的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65，最低温度为0。试确定在这种条件下导线中允许通过的最大电流。解：根据题意有：解得：2-18 在一根外径为100mm的热力

7、管道外拟包覆两层绝热材料，一种材料的导热系数为，另一种为，两种材料的厚度都取为75mm，试比较把导热系数小的材料紧贴管壁，及把导热系数大的材料紧贴管壁这两种方法对保温效果的影响，这种影响影响对于平壁的情形是否存在？假设在两种做法中，绝热层内外外表的总温差保持不变。解：将导热系数小的材料紧贴壁管将导热系数大的材料紧贴壁管那么故导热系数大的材料紧贴管壁其保温效果好。假设为平壁，那么平壁由于所以不存在此问题。2-32 某种平板材料厚25mm，两侧面分别维持在40及85。测得通过该平板的热流量为，导热面积为。试：确定在此条件下平板的平均导热系数。设平板材料导热系数按变化其中t为局部温度。为了确定上述温

8、度范围内及b值，还需要补充测定什么量？给出此时确定及b的计算式。解：由得补充测定中心位置的温度为又所以 1代入数据解得 2将2代入1得到2-34 设一平板厚为，其两侧外表分别维持在温度及。在此温度范围内平板的局部导热系数可以用直线关系式来表示。试导出计算平板中某处当地热流密度的表达式，并对b0,b=0及btt。棒的四周保持绝热。试画出棒中温度分布随时间变法的示意曲线及最终的温度分布曲线。解：由于棒的四周保持绝热，因而此棒中的温度分布相当于厚为l的无限大平板中的分布，随时间而变化的情形定性的示于图中.36 一初始温度为t的物体，被置于室温为t的房间中。物体外表的发射率为，外表及空气间的换热系数为

9、h。物体的体集积为V，参数及换热的面积为A，比热容和密度分别为c及。物体的内热阻可忽略不计，试列出物体温度随时间变化的微分方程式。解：由题意知，固体温度始终均匀一致，所以可按集总热容系统处理 固体通过热辐射散到周围的热量为： 固体通过对流散到周围的热量为： 固体散出的总热量等于其焓的减小 即310 一热电偶热接点可近似地看成为球形，初始温度为250C，后被置于温度为2000C地气流中。问欲使热电偶的时间常数热接点的直径应为多大？以知热接点及气流间的外表传热系数为，热接点的物性为：，如果气流及热接点之间还有辐射换热，对所需的热接点直径有何影响？热电偶引线的影响忽略不计。解：由于热电偶的直径很小，

10、一般满足集总参数法，时间常数为： 故热电偶的直径： 验证Bi数是否满足集总参数法故满足集总参数法条件。 假设热接点及气流间存在辐射换热，那么总外表传热系数h包括对流和辐射增加，由知，保持不变，可使V/A增加，即热接点直径增加。315 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为5000C，初始温度为250C。问当它突然受到6500C烟气加热后，为在1min内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的外表换热系数为。 解：采用集总参数法得： ，要使元件报警那么验证Bi数：，故可采用集总参数法。316 在热处理

11、工艺中，用银球试样来测定淬火介质在不同条件下的冷却能力。今有两个直径为20mm的银球，加热到6000C后被分别置于200C的盛有静止水的大容器及200C的循环水中。用热电偶测得，当因球中心温度从6500C变化到4500C时，其降温速率分别为1800C/s及3600C/s。试确定两种情况下银球外表及水之间的外表传热系数。在上述温度范围内银的物性参数为。 解：此题外表传热系数未知，即Bi数为未知参数，所以无法判断是否满足集总参数法条件。为此，先假定满足集总参数条件，然后验算（1） 对静止水情行，由，代入数据 验算Bi数,满足集总参数条件。（2） 对循环水情形，同理， 按集总参数法时 验算Bi数 ，

12、不满足集总参数条件 改用漠渃图 此时 ，查图得326 厚8mm的瓷砖被堆放在室外货场上，并及150C的环境处于热平衡。此后把它们搬入250C的室内。为了加速升温过程，每快瓷砖被分散地搁在墙旁，设此时瓷砖两面及室内环境地外表传热系数为。为防止瓷砖脆裂，需待其温度上升到100C以上才可操作，问需多少时间？瓷砖地，。如瓷砖厚度增加一倍，其它条件不变，问等待时间又为多长？解：由图3-6查得 厚度加倍后，3-51、：要在寒冷地区埋设水管，把地球简化成半无限大的物体，冬天用较长时间内地球外表突然处于较低的平均温度这样一种物理过程来模拟。某处地层的，地球外表温度由原来均及的15突然下降到-20，并达50天之

13、久。求：估算为使埋管上不出现霜冻而必须的最浅埋设深度。解：埋管的深度应使五十天后该处的温度仍大于等于零度。因而得，由误差函数表查得，所以。4-3、试对附图所示的常物性，无内热源的二维稳态导热问题用高斯-赛德尔迭代法计算之值。解：温度关系式为：开场时假设取；得迭代值汇总于表迭代次数 0 20 20 15 156 28.9569089 23.54095446 22.290955445 15.20797723其中第五次及第六次相对偏差已小于迭代终止。4-9、在附图所示的有内热源的二维导热区域中，一个界面绝热，一个界面等温包括节点4，其余两个界面及温度为的流体对流换热，h均匀，内热源强度为。试列出节点

14、1，2，5，6，9，10的离散方程式。解：节点1：；节点2：；节点5：；节点6：；节点9：；节点10：。当以上诸式可简化为：节点1：；节点2：；节点5：节点6：；节点9：；节点10：。一维稳态导热计算4-10、一等截面直肋，高H,厚，肋根温度为，流体温度为，外表传热系数为h,肋片导热系数为。将它均分成4个节点见附图，并对肋端为绝热及为对流边界条件h同侧面的两种情况列出节点2，3，4的离散方程式。设H=45cm,=50W/(m.K),，计算节点2，3，4的温度对于肋端的两种边界条件。解：采用热平衡法可列出节点2、3、4的离散方程为：节点2：；节点3：；节点4：肋端绝热，肋端对流。其中。将条件代入

15、可得以下两方程组：肋端绝热 肋端对流 由此解得：肋端绝热，； 肋端对流，。肋端对流换热的条件使肋端温度更接近于流体温度。4-15、一直径为1cm,长4cm的钢制圆柱形肋片，初始温度为25，其后，肋基温度突然升高到200，同时温度为25的气流横向掠过该肋片，肋端及两侧的外表传热系数均为100。试将该肋片等分成两段见附图，并用有限差分法显式格式计算从开场加热时刻起相邻4个时刻上的温度分布以稳定性条件所允许的时间间隔计算依据。43W/(m.K)，。提示：节点4的离散方程可按端面的对流散热及从节点3到节点4的导热相平衡这一条件列出。解：三个节点的离散方程为：节点2：节点3：节点4：以上三式可化简为：稳

16、定性要求，即。，代入得：如取此值为计算步长，那么：于是以上三式化成为：时间 点 123402002525252002525220032004200在上述计算中，由于之值正好使，因而对节点2出现了在及2时刻温度相等这一情况。如取为上值之半，那么，于是有：对于相邻四个时层的计算结果如下表所示：时间 点1234020025252520025252200320042005-2、对于油、空气及液态金属，分别有，试就外标等温平板的层流流动，画出三种流体边界层中速度分布和温度分布的大致图象要能显示出的相对大小。解：如以下图：5-12、：、100的空气以v=100m/s的速度流过一块平板，平板温度为30。 求

17、：离开平板前缘3cm及6cm处边界层上的法向速度、流动边界层及热边界层厚度、局部切应力和局部外表传热系数、平均阻力系数和平均外表传热系数。 解：定性温度 1处， 动量边界层厚度比较理论5-13来流温度为20、速度为4m/s空气沿着平板流动，在距离前沿点为2m处的局部切应力为多大？如果平板温度为50，该处的对流传热外表传热系数是多少？62、对于恒壁温边界条件的自然对流，试用量纲分析方法导出：。提示：在自然对流换热中起相当于强制对流中流速的作用。68、：一常物性的流体同时流过温度及之不同的两根直管1及2，且，流动及换热已处于湍流充分开展区域。求：以下两种情形下两管内平均外表传热系数的相对大小：1流

18、体以同样流速流过两管：2流体以同样的质量流量流过两管。 解：设流体是被加热的，那么以式5-54为根底来分析时，有：，对一种情形，故：假设流体被冷却，因Pr数不进入h之比的表达式，上述分析仍有效。614、：下的空气在内径为76mm的直管内流动，入口温度为65，入口体积流量为，管壁的平均温度为180。 求：管子多长才能使空气加热到115。 解：定性温度，相应的物性值为： 在入口温度下，故进口质量流量：，先按计， 空气在115 时，65时，。故加热空气所需热量为： 采用教材P165上所给的大温差修正关系式：所需管长：第 7 页 ，需进展短管修正。采用式5-64的关系式：，所需管长为。6-19、：水以1.2m/s平均速度流入内径为20mm的长直管。1管子壁温为75，水从20加热到70；2管子壁温为15，水从70冷却到20。 求：两种情形下的外表传热系数，并讨论造成差异的原因。 解： 1 2 因为加热，近壁处温度高，流体粘度减小，对传热有强化作用，冷却时，近壁处温度低，流体粘度增加，对传热有减弱作用。6-34、：可以把人看成是高、直径为的圆柱体。外表温度为31，一个马拉松运发动在内跑完全程，空气是静止的，温度为15。不计柱体两端面的散热，不计出汗散失的局部。 求：此运发动跑完全程后的散热量。 解：平均速度，定性温度，空气的物性为：， ，按表5-5.有： 在两个半小时内共散热