传热学第五版第1-4章习题解答

1《传热学》（第五版）第0章-第3章习题解答第0章绪论0-4、解答题略。0-6答:对流换热和对流不是同一现象.热对流是指:若流体有宏观运动，且内部存在温差，则由于流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混而产生的热量传递现象，简称对流.如热空气往上升时,把热量传给上部空间的冷空气的流动属于对流.对流换热是指流体在与它温度不同的壁面上流动时，二者之间（流体与壁面之间）产生的热量交换现象。它是导热与热对流同时存在的复杂热传递过程。如暖气片周围的空气受热后,沿着教室墙壁的流动;热水在热力管道内的流动等属于对流换热.0-6答:首先,冬季和夏季的最大区别在于室外温度的不同.夏季室外温度比室内温度高,因此通过墙壁的热量传递是由室外传向室内.而冬季室外气温比较比室内低,通过墙壁的热量传递是由室内传向室外.因此冬季和夏季墙壁内表面的温度不同,夏季高而冬季低.因此人体在冬季通过辐射而与墙壁的散热比夏季高很多.人对冷暖感觉的衡量指标是散热量的大小而不是温度的高低,即当人体散热量少时感到热,人体散热量多时感到冷.拉上窗帘后顿觉暖和,是因为窗帘起到了保温层的作用,减少了通过窗户向外散失的热量,故顿觉暖和!0-9答:真空玻璃夹层:阻止热传导和对流换热;夹层内镀银:反射辐射热;热量如何通过瓶胆传到外界:略瓶胆的玻璃尖嘴打破变得很差,因为空气进入夹层后,会由于空气与瓶胆壁面之间的对流换热而引起热量散失.0-13：解：61.0124161.036.08711121hhRk(m2·K)/W64.1610.011kRkW/(m2·K)92.45)1018(64.1)(21ffttkqW/m2∵)(111wftthq∴47.178792.4518111hqttfw℃又∵)(222fwtthq∴63.912492.4510222hqttfw℃238.292.45qA=385.73W0-14：解：4104.723452.0ARAK/W(面积为A2的平板表面上的热阻)3104.4452.0R(m2·K)/W（单位面积热阻）431007.3104.4150285RtqW/m2541084.161007.3qAW0-15：解：∵)(fwtthq∴15573511085hqttfw℃W7.20065.214.31050511023lRqqA0-17：解：（1）012.0851500011121hhR(m2·K)/W3.83012.011RkW/(m2·K)90963624)45500(3.83tAkW（2）92820024)45500(85'tAkW误差%2909636909636928200%100'（3）可以忽略，因为厚度很小，金属的导热系数较大，则导热热阻很小。故可以忽略。第一章导热理论基础1-4：前提是假定所研究的物体是各向同性的连续介质，其导热系数,比热容c，和密度均为已知，并假定物体内具有内热源。31-5xtttt211dxdtgradtgradtq（1）20001.0400600gradtK/m51022000100gradtqW/m2温度分布图:（2）20001.0400600gradtK/m5102)2000(100gradtqW/m21-6：解：（1）xbxdxdt40002xxdxdtq5108.1)4000(45W/m2∴平板一侧：00xq平板另一侧：900005.0108.1550mmxqW/m2(2)根据式（1-20），导热微分方程应为：022vqdxtd即：02vqb5108.145)2000(22bqvW/m3则平壁有内热源，其强度为5108.1W/m31-9解：4由于对称受热，在球坐标系中为常物性一维无内热源非稳态导热问题，分析厚度为dr的微元球的导热：rtrr)4(2drrtrtdrrdrrdrrttrdrrdrr222222))(2(4)(4忽略高阶小量得微元球净导热：drrtrrtrdrrrd)2(4222微元球内能增量drrtce24由能量守恒定律ed于是得导热微分方程：rtrrtat222（1）边界条件：0,0rtr（中心无热流，绝热）（2）)(,ftthrtRr（第三类边界条件）（3）注意：本题的导热微分方程也可由教材P19页：式（1-25）化简得出。1-10专题一导热理论基础【典型题精讲精练】2(建大，2003)分析题：从宇宙飞船飞出一根细长散热棒，以辐射换热形式将热量散发到温度为绝对零度的外部空间，已知棒的发射率为ε，导热系数为λ，长度为ℓ，横截面积为A，截面周长为P，根部温度为T0，试写出导热微分方程及边界条件。【解】对于细长散热棒，假设温度只在杆长方向发生变化，这是一个一维稳态导热问题。分析厚度为dx的微元段的导热：xdTAdxxdxddTATdxdx5专题一导热理论基础微元段净导热:微元段辐射散热量:（注：）由能量守恒定律：22dxxdxdTAdxdx4sPdxTPdx微元段的表面积ds专题一导热理论基础导热微分方程为：边界条件:2420dTPTdxA040,-xTTdTxlTdx，第二章稳态导热2-5推导空心球壁导热量计算公式和球壁的导热热阻。解：drdtr242121214wwttrrdtdrr1212114wwttrr6w11412121rrttww/wKm1141221rrR2-6推导第三类边界条件下球壁传热量计算公式和球壁的导热热阻。解：(1)11412121rrttww211114)(rtthwf(2)222224)(rtthfw(3)联立（1）、（2）、（3）消去w1t、w2t得：W414111412221212121hrhrrrttffK)/W(m41411141222212121hrhrrrR2-8答案：15.1℃或15.08℃2-9解：未加贴硬泡沫塑料时：377.058.002.07.024.02211RW/(m2·K)加贴硬泡沫塑料时：06.0377.03332211'R根据题意：qq%)801('7即：RtRt2.0'或:'2.0RR)06.0377.0(2.0377.0330.091m≈91mm2-10解：以平壁的平均温度计算保温层的导热系数：012525.0250450094.0000125.01094.021210wwttbW/(m.K)依题意：34021wwttqm147.012525.03405045034021wwtt=147mm即保温层的厚度应大于0.147m。2-11答案:504mm2-13解：0334.050140003.07511121hhRk(m2.K)/W94.290334.011kRkW/(m2·K)5688)60250(94.29)(21ffttkqW/m22-14解：0334.050140002.075111211hhRk(m2.K)/W94.290334.01111kRkW/(m2.K))(2111ffttkq=29.94×（250-60）=5689W/m21568856891qW/m20333.0501320003.075111212hhRkW/(m2.K)03.300333.01122kRkW/(m2.K))(2122ffttkq=30.03×（250-60）=5706W/m217570656892qW/m280277.070140003.075111213hhRkW/(m2.K)10.360277.01133kRkW/(m2.K))(2133ffttkq=36.10×（250-60）=6859W/m21171568868593qW/m2答：三种方案的传热量分别增加了1，17，1171W/m2，第三种方案最有效。2-171601dmm1702dmm2303021702223ddmm3104022302334ddmm单位管长圆筒壁的导热热阻：管道：4121,11066.1160170ln5814.321ln21ddRl(m.K/W)第一层：518.0170230ln093.014.321ln21232,2ddRl(m.K/W)第二层：280.0230310ln17.014.321ln21343,3ddRl(m.K/W)（2）22.313280.0518.01066.1503004,3,2,141lllwwlRRRttqW/m∵lwwlRttq,121∴9.2991066.122.3133004,112llwwRqtt℃∵lwwlRttq,343∴7.137280.022.31350,343llwwRqtt℃92-18解：001.01dmm002.0105.02001.02312ddmm98.3312ln15.014.3214065ln2112ddtqlW/mlqRI2即所产生的热量必须小于导线能承受的热量。∴7.1231022.298.333RqIlA2-19：68.23.524018021,lwwlqttR4121,11047.685100ln4014.321ln21ddRl2222122,22ln004.32ln053.014.3212ln21ddddddRllllRRR,2,1,68.22ln004.31047.6224dd即：68.21002100ln004.31047.640.72mm2-24解：已知：W/(m.K),75w/(m.K)h140,mm3mm,25l800t℃,30ft℃(1)9.1810314075222)(23hLhLLLhAhUmL1/m)9.184725.0(9.44)4725.0()9.184725.0(50]025.09.18[)]025.0(9.18[50)()]([0xchxchchxchmlchxlmch(2)th(ml)=th(18.9×0.025)=th(0.4725)=0.440210%2.93932.04725.04402.0)(mlmlthf3495932.0)3080(75)(0fftthqW/m2第三章非稳态导热3-8解：因为钢板的高度和宽度远大于厚度，所以是无限大平板。所以定型尺寸为5.123Lmm1.010206.15.48105.13933hLBV