传热学-第一章习题答案

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传热学习题答案第一章蓝色字体为注释部分1-4、对于附图中所示的两种水平夹层,试分析冷、热表面间的热量交换方式有什么不同?如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数,应采用哪种布置?答:图(a)的热量交换方式为导热(热传导),图(b)的热量交换方式为导热(热传导)及自然对流。应采用图(a)的方式来测定流体的导热系数。解释:因为图(a)热面在上,由于密度不同,热流体朝上,冷流体朝下,冷热流体通过直接接触来交换热量,即导热;而图(b)热面在下,热流体密度小,朝上运动,与冷流体进行自然对流,当然也有导热。因为图(a)中只有导热,测定的传热系数即为导热系数;而图(b)有导热和自然对流方式,测定的传热系数为复合传热系数。1-6、一宇宙飞船的外形如附图所示,其中外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口,其表面的温度状态直接影响飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表面温度不同。试分析:飞船在太空中飞行时与外遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些?换热方式是什么?答:可能与外遮光罩表面发生热交换的对象有两个:一个是外遮光罩表面与外太空进行辐射换热,另一个是外遮光罩表面与船体表面进行辐射换热。解释:在太空中,只有可能发生热辐射,只要温度大于0K,两个物体就会发生辐射换热。1-9、一砖墙的表面积为12m2,厚260mm,平均导热系数为1.5W/(m.K),设面向室内的表面温度为25℃,外表面温度为-5℃,试确定此砖墙向外界散失的热量。解:12=1.5122550.262076.92WwwAtt此砖墙向外界散失的热量为2076.92W。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,得到下列数据: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,输入加热段的功率为8.5W。如果全部热量通过对流传热传给空气,试问此时的对流传热表面传热系数多大?解:此题为对流传热问题,换热面积为圆管外侧表面积,公式为:()()wfwfhAtthdltt∴2()8.53.140.0140.08692049.3325wfhdlttWmK此时的对流传热表面传热系数49.3325W/(m2.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,其外表面平均温度为250K,表面发射率为0.7,试计算航天器单位表面上的换热量。解:此题为辐射换热问题,公式为:44128420.75.67102500155.04qTTWm航天器单位表面上的换热量为155.04W/m2。1-21、有一台气体冷却器,气侧表面传热系数h1=95W/(m2.K),壁面厚度δ=2.5mm,λ=46.5W/(m.K),水侧表面传热系数h2=5800W/(m2.K).设传热壁可以看作平壁,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,应首先从哪一个环节入手?简单的传热过程图如下:解:各个环节单位面积的热阻计算如下:①气侧为对流换热过程,则对流传热的单位面积热阻为:21111.05261095h(m2.K)/W②冷却器内视作导热过程,则导热过程的单位面积热阻为:352.5105.37631046.5(m2.K)/W③水侧为对流换热过程,则对流传热的单位面积热阻为:42111.724105800h(m2.K)/W总传热系数:12194.711KhhW/(m2.K)强化传热应该强化热阻大的一侧,对比三个热阻,应该强化气侧的表面传热。1-24、在附图所示的稳态热传递过程中,已知tw1=460℃,tf2=300℃,δ1=5mm,δ2=0.5mm,λ1=46.5W/(m.K),λ2=1.16W/(m.K),h2=5800W/(m2.K),试计算单位面积所传递的热量。解:应用传热过程的热阻网络分析得:222122143221460300151051058001.1646.5225352W225.35kWfwttqhmm∴,单位面积所传递的热量为225.35kW。1-26、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6900W,试计算总传热系数。思路:氨液被加热,冷却水的温度取进出口温度的算术平均值,此题为对流传热问题。解:冷却水的平均温度为:9.757.3522℃inoutttt由对流传热公式,得:690078.23127.350氨hAttW/(m2.K)∴,总传热系数为78.23W/(m2.K)1-32、一玻璃窗,尺寸为60cm×30cm,厚为4mm。冬天夜间,室内及室外温度分别为20℃及-20℃。内表面的自然对流传热表面传热系数为10W/(m2.K),外表面强制对流传热表面传热系数为50W/(m2.K),玻璃的导热系数λ=0.78W/(m.K),.试确定通过玻璃的热损失。思路:热阻网络图分析如下:解:总热阻为:123211141010.1251500.7810RhhmKW通过玻璃的热损失如下:f1f20.18202057.55W0.1251AttAtRR

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