传热学第五版课后习题答案

1传热学习题_建工版V2-9某教室的墙壁是一层厚度为240mm的砖层和一层厚度为20mm的灰泥构成。现在拟安装空调设备，并在内表面加一层硬泡沫塑料，使导入室内的热量比原来减少80%。已知砖的导热系数λ＝0.7W/(m·K)，灰泥的λ＝0.58W/(m·K)，硬泡沫塑料的λ＝0.06W/(m·K)，试求加贴硬泡沫塑料层的厚度。解:未贴硬泡沫塑料时的热流密度:1112tqRRΔ…………(1)加硬泡沫塑料后热流密度:121122tqRRRΔ………(2)又由题意得,12(180%)qq……(3)墙壁内外表面温差不变12ttΔΔ，将(1)、(2)代入（3）,2320%RRRRRλ1λ2λ1λλ+++)121233121230.240.020.70.5820%0.240.020.70.580.063=0.09056m=90.56mm加贴硬泡沫塑料的厚度为90.56mm.2-19一外径为100mm，内径为85mm的蒸汽管道，管材的导热系数为λ＝40W/(m·K)，其内表面温度为180℃，若采用λ＝0.053W/(m·K)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lq=52.3W/m。问保温材料层厚度应为多少？解：根据给出的几何尺寸得到:管内径1d=85mm=0.085m,管外径,d2=0.1m,管保温层外径32dd20.1213l1twtwq52.31d21d3lnln2d12d22πλπλ1R2R3Rw1tw2t1R2Rw1tw2t2tw3=40℃时，保温层厚度最小，此时，1804052.310.11(0.12)lnln20.08520.1π40π0.053解得，0.072m所以保温材料的厚度为72mm.2-24.一铝制等截面直肋，肋高为25mm，肋厚为3mm，铝材的导热系数为λ＝140W/(m·K)，周围空气与肋表面的表面传热系数为h＝752w/(mk)。已知肋基温度为80℃和空气温度为30℃，假定肋端的散热可以忽略不计，试计算肋片内的温度分布和每片肋片的散热量。解一肋端的散热可以忽略不计，可用教材式（2-35）、（2-36）、(2-37)求解。1891403-1LhU75L0.0032m.mA0.00L（）λ(1)肋片内的温度分布[()]()chmlxchml0θθ[18.9(0.025)](8030)(18.90.025)chxch温度分布为4496[0.472518.9)]chxθ.(1)肋片的散热量L0hUAth(ml)θ075(L0.003)2140L0.003th(ml)θ7521400.003L(8030)th(18.90.025)396.9Lth(0.4725)从附录13得，th(ml)=th(0.4725)=0.44396.90.44=174.6L(W)单位宽度的肋片散热量Lq/L=174.6(W/m)解二1、如果肋片上各点的温度与肋基的温度相同，理想的导热量00hAt=h[2(Ll)]7520.025(80-30)Lθ0187.5LW（）2、从教材图2-17上查肋片效率1/21/23/23/22h275l0.025=0.4988f1400.0030.025f=0.93、每片肋片的散热量30f187.5L0.9168.8L(W)单位宽度上的肋片散热量为Lq168.8(W/m)2-27一肋片厚度为3mm，长度为16mm，是计算等截面直肋的效率。（1）铝材料肋片，其导热系数为140W/(m﹒K),对流换热系数h=80W/(m²﹒K);（2）钢材料肋片，其导热系数为40W/(m﹒K),对流换热系数h=125W/(m²﹒K)。解：（1）铝材料肋片1hU802(10.003)m19.54mA14010.003ml19.540.0160.3127th(ml)=th(0.3127)0.3004fth(ml)0.300496.1%ml0.3127（2）钢材料肋片1hU1252(10.003)m45.91mA4010.003ml45.910.0160.7344th(ml)=th(0.734)0.6255fth(ml)0.625585.2%ml0.7344第五章5-13由微分方程解求外掠平板，离前缘150mm处的流动边界层及热边界层度，已知边界平均温度为60℃，速度为u∞=0.9m/s。解：1、以干空气为例平均温度为60℃，查附录2干空气的热物性参数ν=18.97×10-6m2/s=1.897×10-5m2/s,Pr=0.696离前缘150mm处Re数应该为x60.90.15Re7116.518.9710u∞xRe小于临街Re,c(5510),流动处在层流状态x=5.0Rex1/-2115.05()0.15Re7116.5xx0.00889(m)8.9mm所以，热边界层厚度：1/31/3tPr0.00890.6930.01(m)=10mm2。以水为例平均温度为60℃，查附录3饱和水的热物性参数ν=4.78×10-7m2/sPr=2.99离前缘150mm处Re数应该为5x60.90.15Re2.82427100.47810u∞xRe小于临街Re,c(5510),流动处在层流状态4x=5.0Rex1/-2115.05()0.15Re282427xx0.00141(m)1.41mm所以，热边界层厚度：1/31/3tPr0.001412.990.00098(m)=0.98mm5-14已知tf=40℃，tw=20℃，u∞=0.8m/s，板长450mm，求水掠过平板时沿程x=0.1、0.2、0.3、0.45m的局部表面传热系数，并绘制在以为纵坐标，为横坐标的图上。确定各点的平均表面传热系数。解：以边界层平均温度确定物性参数mwf11ttt20+4030(C)22，查附表3水的物性为：0.618W/mK，ν=0.805×10-6m2/s，Pr=5.42在沿程0.45m处的Re数为560.80.45Re4.47100.80510xu∞x该值小于临界Rec=5×105,可见流动还处于层流状态。那么从前沿到x坐标处的平均对流换热系数应为3xh2h0.664RePrxx30.618Reh0.664Re5.420.72xxxx1）x=0.1m时60.80.1Re994000.80510xu∞x2Re99400h0.720.722270W/mKx0.1x局部换热系数2xh1135W/mK2）x=0.2m时560.80.2Re1.9875100.80510xu∞x2Re198750h0.720.721604.9W/mKx0.2x2xh802.5W/mK3）x=0.3m时560.80.3Re2.9814100.80510xu∞x2Re298140h0.720.721310.4W/mKx0.3x2xh655.2W/mK4）x=0.45m时560.80.45Re4.472100.80510xu∞x2Re447200h0.720.721070.1W/mKx0.45x52xh535.1W/mK02004006008001000120000.10.20.30.40.5对流换热系数随板长的变化第六章6-17黄铜管式冷凝器内径12.6mm，管内水流速1.8m/s，壁温维持80℃，冷却水进出口温度分别为28℃和34℃，管长l/d20，请用不同的关联式计算表面传热系数。解：常壁温边界条件，流体与壁面的平均温差为80288034ttt48.94Clnt/tln8028/8034冷却水的平均温度为fwttt=80-48.94=31.06C由附录3查物性，水在tf及tw下的物性参数为：tf=31℃时,λf＝0.6207W/(m·K),νf=7.904×10-7m2/s,Prf=5.31,μf=7.8668×10-4Ns/m2tw=80℃时,μw=3.551×10-4Ns/m2。所以-7f0.01261.8Re28700100007.90410mfduv水在管内的流动为紊流。用Dittus-Boelter公式，液体被加热0.80.4fNu0.023RePr0.80.4fNu0.023287005.31.165220.6207165.28138.1W/mK0.0126ffhNud用Siede-Tate公式0.14f0.81/3fwNu0.027RePr0.140.81/3f7.8668Nu0.027287005.311943.55120.62071949554.7W/mK0.0126ffhNud6-21管式实验台，管内径0.016m，长为2.5m，为不锈钢管，通以直流电加热管内水流，电压为5V，电流为911.1A，进口水温为47℃，水流速0.5m/s，试求它的表面传热系数及换热温度差。（管子外绝热保温，可不考虑热损失）解：查附录3，进口处47℃水的密度为3989.22kg/m质量流量为2fmm=V=ur2fm=989.330.53.140.0080.0994kg/s不考虑热损失，电能全部转化为热能被水吸收6fpffUImc(tt)ffppUI5911.1tt47mc0.0994c水的pc随温度变化不大，近似取50℃时的值4.174kJ/kg.K计算ff3pUI5911.1tt4758Cmc0.09944.17410常热流边界，水的平均温度'''475852.5C22fffttt查附录3饱和水物性表得：6220.53710/,65.110/()ffvmsWmK3f4.175/(),Pr3.40,986.9/pCKJKgKKgm4mf6f0.50.016Re1.4898100.53710udv采用迪图斯-贝尔特公式0.80.4fNu0.023RePr40.80.4fNu0.023(1.489810)3.481.8121f0.65181.813328.6/()0.016hNuWmKd壁面常热流时，管壁温度和水的温度都随管长发生变化，平均温差wfUItthAhdlt5911.110.9C3328.63.140.0162.5t6-35水横向掠过5排叉排管束，管束中最窄截面处流速u=4.87m/s，平均温度tf=20.2℃，壁温tw=25.2℃，管间距12ss1.25dd，d=19mm,求水的表面传热系数。解：由表6-3得知叉排5排时管排修正系数z=0.92查附录3得知，tf=20.2℃时，水的物性参数如下：λf＝0.599W/(m·K),νf=1.006×10-6m2/s,Prf=7.02,而tw=25.2℃时,Prw=6.22。所以5-7f4.870.019Re9197821010.0610mfudv查表6-2（管束平均表面传热系数准则关联式）得：0.250.2f0.361ffzw2PrsNu0.35RePrs0.250.20.36f7.02Nu0.35919781.250.92=21.256.22