第一章作业
1-1对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不
同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，
应采用哪一种布置？
解：（a ）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。
（b ）热量交换的方式主要有热传导，自然对流
和热辐射。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，
应采用（a ）布置。
1-7一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为20m 2，平均导
热系数为1.04w/m ·k ，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2.09×104kJ/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
1-9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t w =69℃，空气温度t f =20℃，管子外径d=14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率8.5w ，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表面传热系数多大？
解：根据牛顿冷却公式
1-14宇宙空间可近似的看作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：航天器单位表面上的换热量
2484241/155)250(1067.57.0)(m w T T Q =???=-=-εσ 1-27附图所示的空腔由两个平行黑体表面组
成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余已知条件如图。表面2是厚δ=0.1m 的平板的一侧面，其另一侧表面3被高
温流体加热，平板的平均导热系数λ=17.5w/m ?
K ，试问在稳态工况下表面3的t w3温度为多少？
解： 表面1到表面2的辐射换热量=表面2到表面3的导热量 第二章作业 2-4一烘箱的炉门由两种保温材料A 和B 做成，
且δA =2δB (见附图)。已知λA =0.1 w/m ?K ，λB =0.06 w/m ?K 。烘箱内空气温度
t f1=400℃，内壁面的总表面传热系数h 1=50 w/m 2?K 。为安全起见，希望烘箱炉门
的外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维导热问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度t f2=25℃，外表面总表面传热系数h 2=9.5 w/m 2?K 。
解：按热平衡关系，有：
由此得，δB =0.0396m
δA =2δB =0.0792 m
t w3 ε=1.0 t w2=127℃
t w1=27℃ δ
h 1 t f1 h 2 t f2
t
δA δ B
2-8在如图所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度δ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Δ=0.1mm 的空气隙。设热表面温度t 1=180℃，冷表面温度t 2=30℃，空气隙的导热系数可分别按t 1、t 2查取。试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。通过空气隙的辐射换热
可以忽略不计。(Φ=58.2w d=120mm)
解：不考虑空气隙时侧得的导热系数记为λ0，则
已知空气隙的平均厚度Δ1、Δ2均为0.1mm ，并设导热
系数分别为λ1、λ2，则试件实际的导热系数应满足： 所以 即92.2102915.003745.002646.002915.000267.00001.000378.00001.0021110=+=+=?+?=-λδλλλλλ%
2-11一根直径为3mm 的铜导线，每米长的电阻为2.22×10-3Ω。导线外包有1mm 、导热系数0.15w/m.k 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。
解：最大允许通过电流发生在绝缘层表面温度为65℃，最低温度0℃的情形。此时每米导线的导热量：
最大允许通过电流满足9.1192=R I m
所以A I m 4.232=
2-14一直径为30mm 、壁温为100℃的管子向温度为20℃的环境散热，热损失率为100W/m 。为把热损失减小到50W/m ，有两种材料可以同时被利用。材料A 的导热系数为0.5 w/m ?K ，可利用度为3.14×10-3m 3/m ；材料B 的导热系数为0.1 w/m ?K ，可利用度为4.0×10-3m 3/m 。试分析如何敷设这两种材料才能达到上要求。假设敷设这两种材料后，外表面与环境间的表面传热系数与原来一样。 解：对表面的换热系数α应满足下列热平衡式：
由此得α=13.27 w/m 2?K 每米长管道上绝热层每层的体积为)(4221i i d d V -=+π。当B 在内，A 在外时，B
与A 材料的外径为d 2、d 3可分别由上式得出。
0774.003.0785.0104785.023212=+?=+=-d V
d m 1
.00774.0785.01014.3785.023223=+?=+=-d V d m
此时每米长度上的散热量为：
7.431.014.327.1315.028.6)4.77100ln(1.028.6)304.77ln(20100=??+?+?-=l Q W/m
当A 在内，B 在外时，A 与B 材料的外径为d 2、d 3可分别由上式得出。
t 1 t 2
δ
07.003.0785.01014.3785.023212=+?=+=-d V d m
1.007.0785.0104785.023223=+?=+=-d V d m
此时每米长度上的散热量为：
2.741.014.327.1311.028.6)70100ln(5.028.6)3070ln(20100=??+?+?-=l Q W/m
绝热性能好的材料B 在内才能实现要求。
2-35：一具有内热源?φ，外径为r 0的实心长圆柱，向周围温度为t ∞的环境散热，
表面传热系数为h ，试列出圆柱体中稳态温度场的微分方程式和边界条件，并对=?φ常数的情形进行求解。
解：温度场满足的微分方程为：
边界条件为：r=0，dt/dr=0； r= r 0，
)(∞-=-t t h dr d λ 当=?φ常数时，积分两次得：
2214ln c r r c t +-=?λφ 由r=0，dt/dr=0；得c 1=0；
由r= r 0，)(∞-=-t t h dr d λ得∞??++=t r h r c λφφ4220
02 因此，温度场为∞???+++-
=t h r r r t 2420202φλφλφ
2-46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所式。已知套管外径d=15mm ，厚度δ=0.9mm ，导热系数λ=49.1w/m ?K 。蒸汽与套管间的表面传热系数h=105 w/m 2?K 。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。
解：设蒸汽温度为t f ， 按题义，应使6.000≤--=f f h h t t t t θθ% 即6
.0)(10≤=mH ch h θθ，得ch(mH)=166.7 又mH=5.81
P=πd ，A=πd δ 所以81.575.48109.01.49105
3==???=?=-H H H A hU mH λ
H=0.119m
2-48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
1.95cm 2，柱体的一端被冷却到305℃（见附图）。815℃的高温燃气吹过该柱体，假设表面上各处的对流换热系数是均匀的，并为28 w/m 2?K ，柱体导热系数λ=55
w/m ?K ，肋端绝热。试：
（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。
解：以一维肋片的导热问题来处理。
ch(1.268)=1.92
柱体中的最高温度为肋端温度。
266-=-=∞t t h h θ 所以
c t t h ?=-=-=∞549266815266 在 x=h/2处，m(x-h)=-14.09×0.045=-0.634
因为ch(-x)=chx 所以3219196.12092.1510)268.1()634.0(02-=?-===ch ch h x θθ 冷却水带走的热量
w th mh th m P Q 7.65)268.1()510(09.14076.028)(0-=?-??==θα
负号表示热量由肋尖向肋根传递。
第三章作业
3-6一初始温度为t 0的固体，被置于室温为t ∞的房间中。物体表面的发射率为ε，表面与空气间的表面传热系数为h ，物体的体积V ，参与换热的面积A ，比热容和密度分别为c 和ρ，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：?????==-+-+∞∞044)0(0)()(t t T T A t t hA d dt cV σετρ
3-9一热电偶的ρcV/A 之值为2.094kJ/m 2·K ，初始温度为20℃，后将其置于320℃的气流中。试计算在气流与热电偶之间的表面传热系数为58 w/m 2·K 及116 w/m 2·K 的两种情形下，热电偶的时间常数，并画出两种情形下热电偶读书的过余温度随时间的变化曲线。 解：时间常数
hA cV ρτ= 对h =58 w/m 2·K ，有s 1.365810094.23=?=τ
对h =116 w/m 2·K ，有s 1.1811610094.23
=?=τ
3-23一截面尺寸为10cm ×5cm 的长钢棒（18-20Cr/8-12Ni ），初始温度为20℃，然后长边的一侧突然被置于200℃的气流中，h=125 w/m 2·K ，而另外三个侧面绝热。试确定6min 后长边的另一侧中点的温度。钢棒的ρ、c 、λ可近似的取用20℃时之值。
解：这相当于厚为2δ=2×5 cm 的无限大平壁的非稳态导热问题。由附录5查得：
)/(1023.446078202.1526s m c a -?=?==ρλ 由图3-6查得θm /θ0=0.85
t m =t ∞-0.85(t ∞- t 0)=5+0.85(200-20)=47℃
3-37一直径为500mm 、高为800mm 的钢锭，初温为30℃，被送入1200℃的炉子中加热。设各表面同时受热，且表面传热系数h=180 w/m 2·K ，λ=40 w/m ·K ，a=8×10-6m 2/s 。试确定3h 后钢锭高400mm 处的截面上半径为0.13m 处的温度。 解：所求之点位于平板的中心截面与无限长圆柱r=0.13m 的柱面相交处。
对平板，8.1404.0180=?==λαδBi
由图3-6查得θm /θ0=0.66
对圆柱体，125.14025.0180=?==λαr Bi
由附录2查得θm /θ0=0.12
又根据r/R=0.13/0.25=0.52，1/Bi=0.889
由附录2查得θ/θm =0.885
则对于圆柱体θ/θ0=(θm /θ0)( θ/θm )=0.885×0.12=0.1062
所以，所求点的无量纲温度为：
θ/θ0=(θm /θ0)p ( θ/θ0)c =0.66×0.1062=0.0701
t=0.0701θ0+1200=-0.0701×1170+1200=1118℃
3-48 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=6.5W/m 2.K ，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 ，材料试各向同性的，λ=0.65 W/m.K ，ρ=810kg/m 3，c=2550J/kg.K 。
解：木块温度最高处位于角顶，这是三块无限大平板相交处。
由图3-7查得θs /θm=0.8
由图3-6查得θm /θ0=0.41
θs /θ0=(θm /θ0)( θs /θm)=0.8×0.41=0.328
角顶处无量纲温度：（θs /θ0）3=0.0353
所以角顶温度等于411℃。
第四章作业
4-4 试对附图所示的等截面直肋的稳态导热问题，用数值方法求解2、3点的温
度。图中t 0=85℃，t f =25℃，h=30W/m 2.K 。肋高
H=4cm ，纵剖面面积A L =4cm 2，导热系数λ
=20W/m.K 。
解：
对于点2可以列出：
节点2：0)(222321=-?+?-+?-t t x h x t t x t t f λδλδ
节点3：0)(22)(13332=-?+-??+?-t t x h t t h x t t f f δλδ 由此得：
0)(222
2321=-?+-+-t t x h t t t t f λδ
于是)12.02/(]12.0[312+++=f t t t t 解得
4-9在附图所示得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），其余两个界面与温度为t f 的流体对流换热，h 均匀，内热源强度?
φ，试列出节点1、2、5、6、9、10的节点方程。
解：
节点1：0)(2141)2()2(11215=-?-??+??-+??-?f t t y h y x y x t t x y t t φλλ
节点2：021)()2()2(262321=??+??-+??-+??-?φλλλy x x y t t y x t t y x t t
节点5：0)(21)()2()2(5565951=-?-??+??-+??-+??-?f t t y h y x y x t t x y t t x y t t φλλλ
节点6：0)()()()(656106762=??+??-+??-+??-+??-?φλλλλy x y x t t x y t t y x t t x y t t
节点9：0)()22(2141)2()2(991095=-?+?-??+??-+??-?f t t h y x y x y x t t x y t t φλλ 节点10：
第五章作业
5-2对于油、空气及液态金属，分别有Pr>>1、Pr ≈1、Pr<<1。试就外掠等温平板时的层流边界流动，画出三种流体边界层中速度分布与温度分布的大致图像。
5-3流体在两平行平板间作层流充分发展的对流换热（见附图）。试画出下列三种情形下充分发展区域截面上的
流体温度分布曲线：
（1）q w1= q w2 解：
（2）q w1= 2q w2
（3）q w1= 0
5-7取外掠平板边界层的流动
从层流转变为湍流的临界雷
诺数（Rec ）为5×105，试计算25℃的空气、水及14号润滑油达到Rec 时所需的平板长度，取u ∞=1m/s 。
解：
25℃时三种流体的运动粘性系数为：水s m v /109055.026-?=、空气
s m v /1053.1526-?=、14号润滑油s m v /107.31326-?= 达到临界所需板长：水m u v L 453.01055=?=∞、空气m u v L 765.71055=?=∞、
q w1= q w2 q w1= 2q w2 q w1= 0
(a)Pr<1 (b) Pr>1
油m u v L 9.1561055=?=∞
5-10试通过对外掠平板的边界层动量方程式
22y u v y u v x u u ??=??+??沿y 方向作积分（从y=0到y ≥δ）（如附图所示），导出边界层动量积分方程。提示：在边界层
外边界上，v δ≠0。
解：将动量方程作y=0到y=δ的积分，得 ?????=??+??δδδ02200dy y u v dy y u v dy x u u （1） 其中，00022)()(y u y u dy y u v ??-=??=???δδ
（2） ?????-=??-=??∞δδδδδ0000)()()(dy y y u v u dy y y u uv dy y u v （3） 由连续性方程，y v x u ??-=??，及???-=δδ0dy x u v ，将此代入（3）得： ?????+??-=??∞δδδ000)(dy x u u dy x u u dy y u v （4）
将（2）（4）代入（1），得
此式可整理为：
5-25一常物性的流体同时流过温度与之不同的两根直管1与2，且d 1=2d 2，流动与换热均已处于紊流充分发展区域。试确定在下列两种情形下两管内平均表面传热系数的相对大小：
（1）流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，则以式（5-54）4.08.0Pr Re 023.0g f Nu =为基础来分析时，
有：
对第一种情形，u 1=u 2，d 1=2d 2，则
对第二种情形，m 1=m 2，d 1=2d 2，因为
ρπ24d m
u =
则 当流体被冷却时，因Pr 不进入α对比的表达式，所以上述各式仍有效。
5-38现代贮存热能的一种装置的示意图如图所示。一根内径为25mm 的园管被置于一正方形截面的石蜡体中心，热水流过管内使石蜡溶解，从而把热水的显热化为石蜡的潜热而储存起来。热水的入口温度为60℃，流量为0.15kg/s 。石蜡的物性参数为：熔点为27.4℃，熔化潜热L=244kJ/kg ，固体石蜡的密度ρ
s =770kg/m 3
。假设圆管表面温度在加热过程中一直处于石蜡的熔点，试计算该单
元中的石蜡全部熔化热水需流过多长时间？（b=0.25m ，l=3m ）
解：为求得所需加热时间，需知道该管子的换热量，
因而需知道出口水温t”。
设出口水温t”=40℃，
则定性温度t f =(t ’+t ”)/2=50℃
查表得物性：λ=0.648w/m ·℃，μ=549.4×10-6kg/m ·s
Pr=3.54，ρ=988.1kg/m 3，Cp=4.174×10-3J/kg ·℃。 所以13905104.549025.01416.315.044Re 6=????==-μπd m
因为液体被冷却，由式（5-54）得： 所以)/(1797025.0648.034.692c m w Nu ?=?=?=δλα
由热平衡关系可得：)"'()(t t mC t t A p w f -=-α，代入数据，得
t”=43.5℃，此值与假设值相差太大，故重设t”=43.5℃，重新进行上述计算步骤，得t”=43.3℃。此值与假设值43.5℃已十分接近。
可取t”=（43.3+43.5）/2=43.4℃
于是该换热器的功率为：w t t mC p 8.10395)4.4360(417515.0)"'(=-??=- 使石蜡全部熔化所需热量为：
Q=(0.252×3-0.0252×0.785×3) ×770×244=3.495×107J
所以所需加热时间为3.495×107/10395.8=3362s=56min
5-42温度为0℃的冷空气以6m/s 的流速平行的吹过一太阳能集热器的表面。该表面呈方形，尺寸为1m ×1m ，其中一个边与来流方向垂直，如果表面平均温度为20℃，试计算由于对流所散失的热量。
解：定性温度tm=(0+20)/2=10，λ=0.0251w/m ·℃，v =14.16×10-6m 2/s Pr=0.705
所以7.384(Pr)
(Re)664.0333.05.0=?=Nu Q=1×9.66×20=193W
5-47一个空气加热器系由宽20mm 的薄电阻带沿空气流动方向并行排列组成（见附图），其表面平整光滑。每条电阻带在垂直于流动方向上的长度为200mm ，且各自单独通电加热。假设在稳态运行过程中每条电阻带的温度都相等。从第一条电阻带的功率表中读出的功率为80W ，问第10条、第20条电阻带的功率表读数是多少？（其他热损失不计，流动为层流）。
解：按空气外掠平板层流时对流换热处理。
第n 条加热带与第1条带的功率之比可表示为： Q n /Q 1=(Q 1-n -Q 1-(n-1))/ Q 1，其中
故有：
1)1(1111)1(1)1(1111)1(αααααα-----------=-=n n n n n n n n n A A A Q Q 得：5.05.05.05
.05.01)1(])1)[(1()(--=??---?=---n n L L n n L n n Q Q n
对第10条，n=10，Q 10/Q 1=100.5-90.5=0.1623
对第20条，n=20，Q 20/Q 1=200.5-190.5=0.1132
所以，Q 10=80×0.1623=12.98w ，Q 20=80×0.1132=9.06w
5-51一个优秀的马拉松长跑运动员可以在2.5h 内跑完全程（41842.8m ）。为了估计他在跑步过程中的散热损失，可以做这样简化：把人体看成高1.75m ，直径为0.35m 的圆柱体，皮肤温度为柱体表面问题，取为31℃；空气是静止的，温度为15℃，不计柱体两端面的散热，试据此估算一个马拉松长跑运动员跑完全程后的u 0，t 0
散热量（不计出汗散热部分）。
解： 平均速度s m u /649.436005.284.41842=?=
定性温度tm=(31+15)/2=23，空气的物性为：λ=0.0261w/m ·℃，v =15.34×10-6m 2/s Pr=0.702
所以
5.295(Re)026
6.0805.0=?=Nu Q=Ah Δt=3.1416×0.35×1.75×22×16=67
7.3W
5-54如附图所示，一股冷空气横向吹过一组圆形截面的直肋。已知：最小截面处的空气流速为3.8m/s ，气流速度t f =35℃；肋片的平均表面温度为65℃，导热系数为98 w/m ·℃，肋根温度维持定值；s 1/d 1=s 2/d 2=2，d=10mm 。为有效的利用金
属，规定肋片的mH 不应大于1.5，使计算此时肋片应多高？在流动方向上排数大于10。
采用外掠管束的公式来计算肋束与气流的对流换热。
定性温度t m =(35+65)/2=50℃,查表得物性参数为：
λ=0.0283w/m ·℃，v=17.95×10-6m 2/s
则Re=3.8×0.01/(17.95×10-6)=2117
由表（5-72）查得c=0.482，m=0.556，
Nu=0.452×(2117)0.556=34.05 所以)/(4.9601.00283.005.342c m w d Nu ?=?=?=λα 因为
83.1901.0984.9644=??==d m λα
所以h ≤1.5/19.83=0.0756m
5-60假设把人体简化成直径为30cm ，高1.75m 的等温竖圆柱，其表面温度比人体体内的正常温度低2℃，试计算该模型位于静止空气中时的自然对流散热量，并与人体每天平均摄入热量（5440kJ ）作比较。圆柱两端面散热不予考虑，人体正常体温按37℃计算，环境温度为25℃。
解：
定性温度t m =(35+25)/2=30℃,查表得物性参数为：
λ=0.0267w/m ·℃，v=16×10-6m 2/s ，Pr=0.701，β=1/（30+273）=1/303
9
23
10771.6?=?=v tl g Gr β处于过渡区，
Nu=0.0292(GrPr)0.39=173.4
α=2.646 w/m 2·℃
此值与每天的平均摄入热量相接近，实际上由于人体穿了衣服，自然对流散热量要小于此值。
5-65一输送冷空气的方形截面的管道，水平的穿过一室温为28℃的房间，管道外表面平均温度为12℃，截面尺寸为0.3m ×0.3m 。试计算每米长管道上冷空气通过外表面的自然对流从房间带走的热量。注意：冷面朝上相当于热面朝下，而冷面朝下相当于热面朝上。对均匀壁温情形，水平板热面朝上时有：0.54(GrPr)1/4 (104< GrPr<107)及Nu=0.15(GrPr)1/3 (107< GrPr<1011)
水平板热面朝下时有：Nu=0.27(GrPr)1/4 (105< GrPr<1011)，特征长度为A/P ，其
中A 为表面面积，P 为周长。
解：不考虑各平面相交处的相互影响，以4个独立的表面来考虑。
定性温度t m =(28+12)/2=20℃,查表得物性参数为：
λ=0.0259w/m ·℃，v=15.06×10-6m 2/s ，Pr=0.703，
所以，竖板Nu 1=0.59(GrPr)1/4=0.59×(2.523×106)1/4=23.51
水平板热面朝上时，Nu 3=0.54(GrPr)1/4=0.54×(2.523×106)1/4=21.52
水平板热面朝下时，Nu 4=0.27(GrPr)1/4=0.27×(2.523×106)1/4=10.76
所以
73.85)1228(13.0)76.1052.2151.232(115.00259.0=-???++??=?=∑t A Q αw/m
5-69一水平封闭夹层，其上、下表面的间距为δ=14mm ，夹层内是压力为1.013×105Pa 的空气。设一表面的温度为90℃，另一表面温度为30℃。试计算当热表面在冷表面之上及冷表面之下两种情形时，通过单位面积夹层的传热量。 解：当热面在上，冷面在下时，热量的传递方式仅靠导热。
所以t m =(90+30)/2=60℃
查表得λ=0.029w/m ·℃，v=18.97×10-6m 2/s ，Pr=0.696， 则2
/3.124014.03090029.0m w t q =-?=?=δλ
当热面在下时，GrPr=9.8×60×0.0143×0.696/[(18.97×10-6)2×333]=9371
根据式（5-87），Nu=0.212(GrPr)1/4=0.212×(9371)1/4=2.09
则α=2.09×0.029/0.014=4.33 w/m 2·℃，
260/124.3=2.09
第6章作业
6-7 立式氨冷凝器有外径为50mm 的钢管制成。钢管外表面温度为25℃。冷凝温度为30℃，要求每根管子的氨凝结量为0.009kg/s ，试确定每根管子的长度。 解：
设t w =25℃，t m =(25+30)/2=27.5℃，r=1145.8×103J/kg ，ρl =600.2，μl =2.11×10-4kg/m.s ，λ=0.5105w/m ·℃，
由αA Δt=Gr ，得L=(Gr)/(πd αΔt)
设流动为层流，则
代入L 的计算式，得L=3.293m
则h=3986.6W/m 2.K
Re=1086<1600，故确为层流。
6-12压力为1.013×105Pa 的饱和水蒸气，用水平放置的壁温为90℃的铜管来凝结。有下列两种选择：用一根直径为10cm 的铜管或用10根直径为1cm 的铜管。试问：
（1）这两种选择所产生的凝结水量是否相同？最多可以相差多少？
（2）要使凝结水量的差别最大，小管径系统应如何布置（不考虑容积因素）
（3）上述结论与蒸汽压力、铜管壁温是否相关（保证两种布置的其它条件相同）
解：由公式（6-4）知，4
1)1(d ∝α，其它条件相同时778.1)110()(41411221===d d αα， 又Q=αA Δt ，A Δt 相同，所以
（1）小管径系统的凝结水量最多可达大管径情形的1.778倍。
（2）要达到最大的凝结水量，小管径系统应布置成每一根管子的凝结水量不落到其它管子上。
（3）上述结论与蒸汽压力、铜管壁温无关。
6-28一直径为3.5mm 、长100mm 的机械抛光的薄壁不锈钢管，被置于压力为1.013×105Pa 的水容器中，水温已接近饱和温度。对该不锈钢管两端通电以作为加热表面。试计算当加热功率为1.9w 和100w 时，水与钢管表面间的表面传热系数。
解：当Q=1.9w 时，2
/17281.00035.01416.39.1m w dl Q q =??==π，这样低的热流密
度仍处于自然对流换热阶段。设Δt=0.6℃，则t m =100.8℃，物性值λ
=0.6832w/m ·℃，υ=0.293×10-6m 2/s ，Pr=1.743，β=7.54×10-4,
根据表（5-12）Nu=0.53(GrPr)1/4，
α=0.53×0.6832Δt （10292）1/4/0.0035=1042 w/ m 2·℃
q=αΔt=1042×16=1667w/m 2,与1728差3.5%，在自然对流工况下，8.0)(q t ∝?，
在物性基本不变时，
正确的温度值可按下列估算得到，Δt=1.6×（1728/1667）0.8=1.647℃， 而4
1)(t ?∝α，所以α=1042×（1.647/1.6）0.25=1050 w/ m 2·℃
当Q=100w 时，2
/909461.00035.01416.3100m w dl Q q =??==π，这时已进入核态沸
腾区，采用式（6-17）得：
得1.0684×10-3Δt=2.17×10-4q 0.33，
即q 0.67×1.0684×10-3=2.17×10-4×（q/Δt ），所以α=10338 w/ m 2·℃
6-33试计算当水在月球上并在1.013×105Pa 及10×105Pa 下做大容器饱和沸腾时，核态沸腾的最大热流密度（月球的重力加速度为地球的1/6）比地球上的相应数值小多少？ 解：由式（6-20），4
1m
a x )(g q ∝，在地球上，P=1.013×105Pa 时，由例题（6-5）或读图知q max =1.1×106 w/m 2，所以在月球上该压力下，
q max =（1/6）1/4×1.1×106=0.703×106w/m 2。
在压力为P=10×105Pa 时，r=2019×103，ρl =886.9，ρv =5.16，
σ=422.8×10-4，由式（6-20）得q max =1.674×106 w/m 2。
两种情形下月球上的q max 均为地球上相应情形的（1/6）1/4=0.639
6-40平均温度为15℃、流速为1.5m/s 的冷却水，流经外径为32mm 、内径为28mm
的水平放置的铜管。饱和压力为0.0424×105Pa 的水蒸气在铜管外凝结，管长
1.5m 。试计算每小时的凝结水量（铜管的热阻不考虑）。
解：本题中需要假设壁温t w ，正确的壁温值应使管内和管外的对流换热量相等。管内对流换热系数按式（5-54）计算。15℃时水的物性为：λ=0.587w/m ·℃，υ=1.156×10-6m 2/s ，Pr=8.27，Re=ud/υ=1.5×0.028/(1.156×10-6)=36332， 管外凝结按式（6-4）计算。设t w =25.5℃，t m =(25.2+30)/2=27.75℃，r=2430.9×103，ρl =996.3，μl =847.1×10-6，λ=0.614w/m ·℃， 10552])
5.2530(032.0101.847614.03.996109.24308.9[729.0])([729.0416*******=-????????=-?=-w s l l l out t t d gr μλρα
。Q
in =α
in
A
i
Δt
I
=4994×3.1416×0.028×1.5×(25.5-15)=6919w
Q o =α
o
A
o
Δt
o
=10552×3.1416×0.032×1.5×(30-25.5)=7160w
Q in 与Q
o
之差大于3%。改设t w=25.6℃，则物性变化很小，于是Q o=αo A oΔt o=10552
×3.1416×0.032×1.5×(30-25.6)=7001w，Q
in =α
in
A
i
Δt
I
=4994×3.1416×0.028
×1.5×(25.6-15)=6982w，Q
in 与Q
o
之差已小于2%。
取Q=(6982+7001)/2=6992w，
冷凝水量G=6992/(2430.9×103)=2.877×103kg/s=10.36kg/h
第7章作业
7-3把太阳表面近似的看成是T=5800K的黑体，试确定太阳发出的辐射能中可见光所占的百分数。
解：λ1T=0.38×5800=2204μm.K
λ2T=0.76×5800=4408μm.K
F
b(0-λ1)
=10.19%
F
b(0-λ2)
=55.04%
F
b(λ1-λ2)
=44.85%
7-7用特定的仪器侧得，一黑体炉发出的波长为0.7μm的辐射能（在半球范围内）为108w/m3，试问该黑体炉工作在多高的温度下？在该工况下辐射黑体炉的加热功率为多大？辐射小孔的面积为4×10-4m2。
解：由普朗特定律(7-6)，得：
所以T=1213.4K
该温度下，黑体辐射力E b=5.67×10-8×1213.44=122913w/m2
辐射炉的加热功率为：4×10-4×122913=49.2w
7-17一选择性吸收表面的光谱吸收比随λ变化的特性如图所示，试计算当太阳投入辐射为G=800W/m2时，该表面单位面积上所吸收的太阳能量与太
阳辐射的总吸收比。
解：
λ1T=1.4×5800=8120μm.K
F b(0-λ1)=86.08%
F b(λ1-∞)=1-86.08%=13.92%
q1/E b=0.9×0.861=0.775
q2/E b=0.2×0.139=0.028
Q=800×(0.775+0.028)=642.4W
总吸收率642.4/800=80.3%
7-19暖房的升温作用可以从玻璃的光谱的穿透比变化特性得到解释。有一块厚为3mm的玻璃，经测定，其对波长为0.3-2.5μm的辐射能的穿透比为0.9，而对其它波长的辐射能可以认为完全不穿透。试据此计算温度为5800K的黑体辐射及温度为300K的黑体投射到该玻璃上时各自的总穿透比。
解：按定义，穿透比
当T=5800K时，λ2T2=2.5×5800=14500，F b(0-λ2)=96.57%
λ1T 1=0.3×5800=1740，F b(0-λ1)=3.296%
所以τ=0.9×（0.9657-0.03296）=83.95%
当T=300K 时，λ2T 2=2.5×300=750，F b(0-λ2)=0.0323×0.75=0.0242%
λ1T 1=0.3×300=90，F b(0-λ1)=0.0029%
所以τ=0.9×（0.0242-0.0029）%=0.0192%
7-23一直径为20mm 的热流计探头，用以测定一微小表面积A 1的辐射热流，该表面的温度T 1=1000K 。环境温度很低，因而对探头的影响可以忽略不计。因某些原因，探头只能安置在与A 1表面法线成45°处，距离l=0.5m （见附图）。探
头侧得的热量是1.815×10-3w 。表面A 1是漫射的，而探头表面的吸收比可近似
的取为1。试确定A 1的发射率。A 1的表面积为4×10-4m 2。
解：根据式（7-16），Ω=d dA L dQ p p ?cos 1
L P =εE b /π
E b =5.67×104w/m 2
所以，8.02/10443.41041067.510815.11416.3)cos (44431=???????=Ω=---d dA E dQ b p ?πε
第8章作业
8-2 设有如附图所示的两个微小面积A 1、A 2，A 1=2×10-4m 2，A 2=3×10-4m 2，A 1为漫射表面，辐射力E 1=5×104W /m 2，试计算由A 1发出而落到A 2上的辐射能。
解：由式8-1节式（a ），
所以，dQ 1,2=E 1dA 1X d1,d2=5×104×2×10-4×1.65×
10-4=1.65×10-3W
8-6试用简捷方法确定本题附图中的角系数X 1，2。
解：（1）A 1X 1,2=A 2X 2,1，X 2,1=1，
(2) A 1X 1,2=A 2X 2,1，X 2,1=1，
(3)由于对称性，125.05.0412,1=?=X
(4)设想在球的顶面有另一块无限大平板存在，则显然X 1,2=0.5，由于X 1,2不因另一平板存在而影响其值，因而X 1,2=0.5。
8-10一长圆管被置于方形通道的正中间，如附图所示，试确定每一对边的角系数、两邻边的角系数及任一边对管子的角系数。
解：先计算任一边对管子的角系数：设圆管表面为5，
则X 5,1= X 5,2= X 5,3= X 5,4=1/4=0.25，所以
再确定两邻边的角系数：
AD EF BE DF AB AD X 2)(4,3++-+=
1695.005.0)2125.0(22=+==DF BE α
A 1
α
θ
=arccos(DE/BO)=arccos(0.05/0.1252)=73.56o
，
θ=180-2α=180-2×73.56=32.86o =0.5735弧度
EF=r ×θ=0.05×0.5735=0.02867
所以
计算每一对边角系数：X 3,1=1- X 3,2- X 3,4-
X 3,5=1-2×0.2647-0.3142=0.1564
8-18一管状电加热器内表面温度为900k ，ε
=1，试计算从加热表面投入到圆盘上的总辐射
能。
解：
作虚拟表面3、4，
X 1,3= X 1,2 +X 1,4
查图得X 1,3=0.2，X 1,4=0.08
所以X 1,2=0.12
8-24 两块无限大平板的表面温度分别为t 1和t 2，发射率分别为ε1及ε2，其间遮热板的发射率为ε3，试画出稳态时三板之间辐射换热的网络图。
解：
8-28一平板表面接受到的太阳辐射为1262W/m2，该表面对太阳能的吸收比为α，自身辐射的发射率为ε。平板的另一侧绝热。平板的向阳面对环境的散热相当于对-50℃的表面进行辐射换热。试对ε=0.5、α=0.9；ε=0.1、α=0.15两种情况，确定平板表面处于稳定工况下的温度。 解：稳态时，])100()100[(440∞-=T T C G εα （1）ε=0.5、α=0.9，G=1262，∞T =223K ，
代入公式，T=454.1K
（2）ε=0.1、α=0.15 G=1262，∞T =223K ，
代入公式，T=435.2K
8-29在一厚金属板上钻了一个直径为d=2cm 的不穿透小孔，孔深H=4cm ，锥顶角为900，如附图所示。设孔的表面是发射率为0.6的漫射体，整个金属块处于
500℃的温度下，试确定从孔口向外界辐射的能量。
解：设孔口的面积为A 1，内腔总表面积为A 2，则从内腔通过
孔口而向外界辐射的总热量相当于A 2与A 1之间辐射换热量。
其中A 1的温度为0K ，黑度为1。
由式（8-13b ）知：
X 1,2=1，1062.04/02.0204.002.001.022211,2=?+???==πππA A X 所以，W Q 939.51062.0)16.01()111(173.767.501.01416.34
21,2=?-+-+???=
8-37两个相距1m 、直径为2m 的平行放置的圆盘，相对表面的温度分别为t 1=500℃，t 2=200℃，发射率分别为ε1=0.3及ε2=0.6，圆盘的另外两个表面的换
热略而不计。试确定下列两种情况下每个圆盘的净辐射换热量：
（1）两圆盘被置于t 3=20℃的大房间中；
（2）两圆盘被置于一绝热空腔中。
解：圆盘表面分别为1，2，第三表面计为3，则从角系数图表中可以查得： X 1,2=X 2,1=0.38，X 1,3=X 2,3=1-0.38=0.62。
（1）网络图如右所示。
R 3=1/A 1X 1,2=1/(0.38π)=0.838，
R 5=R 4=1/A 1X 1,3=1/(0.62π)=0.513，
对节点J 1和J 2可以列出以下方程：
其中，J 3=E b3。
E b1=5.67×7.734=20244w/m 2，E b2=5.67×4.734=2838w/m 2
E b3=5.67×2.934=417.9w/m 2
代如以上两式整理得：J 1=7015，J 2=2872 所以，kw J E Q b 8.17743.0701520244743.0111=-=-=
（2）1685.2111543=++=*R R R R 所以，R *=0.4612
R 总=0.743+0.4612+0.212=1.4162 ，所以
第9章作业
思考题 5 对于q m1c 1≥
q m2c 2，q m1c 1 q m1c 1=q m2c 2三种情况，画出 顺流与逆流时，冷、热流 体温度沿流动方向的变化 曲线，注意曲线的凹向和q m c 的相对大小。 解： 9-3一卧式冷凝器采用外 径为25mm ，壁厚为1.5mm 的黄铜做成换热表面，已 知管外冷凝侧的平均表面 传热系数h 0=5700W/m 2.K ， 管内水侧平均的表面传热系数h i =4300W/m 2.K ，试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数。 （1）管子内外表面均是洁净的。 （2）管内为海水，流速大于1m/s ，结水垢，平均温度小于50℃，蒸汽侧有油。 解：冷凝器按管子外表面计算的总传热系数 对于情况2，r 0=0.0002，r i =0.0001 无污垢时，k 0=2200.9 W/m 2.K 有污垢时，k 0=1302 W/m 2.K 9-8一加热器中用过热水蒸气来加热给水。过热蒸汽在加热器中先被冷却到饱和温度，最后被冷却成过冷水。设冷热流体的总流向为逆流，热流题单相介质部分q m1c 1 解： q m1c 1≥q m2c 2 q m1c 1 q m1c 1≥q m2c 2 q m1c 1 9-15在一台1-2型壳管式冷却器中，管内冷却水从16℃升高到35℃，管外空气从119℃下降到45℃，空气流量为19.6kg/min，换热器的总传热系数k=84w/m2 ?k。式计算所需的传热面积。 解：逆流温度差为Δt=(84-29)/ln(84/29)=51.72℃ p=(35-16)/(119-16)=0.184，R=(119-45)/(35-16)=3.89 查图得：ψ=0.92。故对数平均温差Δt m=0.92×51.72=47.5℃ 空气平均温度为（119+45）/2=82℃ Cp=1009J/kg?℃，空气的换热量Q=19.6×(119-45)×1009/60=24391w，故需传热面积F=24391/(47.58×84)=6.1m2 9-21在一台逆流式的水-水换热器中，t1’=87.5℃，流量为每小时9000kg，t2’=32℃，流量为每小时13500kg，总传热系数k=1740w/m2?℃，传热面积A=3.75 m2，试确定热水的出口温度。 解：设热水平均温度为75℃，冷水平均温度为40℃，查得Cp 1 =4191J/kg?℃， Cp 2 =4174J/kg?℃。 G 1C 1 /G 2 C 2 =(9000×4191)/(13500×4174)=0.6694 NTU=kF/(GC)min=1740×3.75/(9000×4174/3600)=0.625 由逆流ε计算式，得ε=0.41 又ε=(t 1’-t 1 ”)/(t 1 ’-t 2 ”)=(87.5-t 1 ”)/(87.5-32) 得t 1”=64.7℃。平均温度验算：t 1m =(64.7+87.5)/2=76.1℃， 又Δt 1/Δt 2 =G 2 C 2 /G 1 C 1 =，得Δt 2 =15.3℃，t 2m =39.7。 可见无论热流体还是冷流体，平均温度与所假定之值相差甚小，故可不再重算。 第一章 思考题 1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试 写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： )(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何 一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就 烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析 其原因。 答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7． 什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热 量传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A 与B ，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A 杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？ 答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。 第二章 思考题 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。 答：傅立叶定律的一般形式为：n x t gradt q ??-=λλ＝－，其中：gradt 为空间某点的温度梯度；n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；q 为该处的热流密度矢量。 工程热力学(第五版_)课后 习题答案 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March 2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 83140==M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝kg m /3 v 1= ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ kPa 。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO 2的质量 1 111RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2222RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量 )1122(21T p T p R v m m m -= -= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m= 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少 解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝ 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积 m 3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到设充气过程中气罐内温度不变。 解：热力系：储气罐。 使用理想气体状态方程。 第一种解法： 首先求终态时需要充入的空气质量 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 ==m m t 2 第二种解法 将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 、 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?==P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 2－8 在一直径为400mm 的活塞上置有质量为3000kg 的物体，气缸中空气的温度为18℃ 第一章 1-3 宇宙飞船的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到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表明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？ 解：遮光罩与船体的导热 遮光罩与宇宙空间的辐射换热 1-4 热电偶常用来测量气流温度。用热电偶来测量管道中高温气流的温度，管壁温度小于气流温度，分析热电偶节点的换热方式。 解：结点与气流间进行对流换热 与管壁辐射换热 与电偶臂导热 1-6 一砖墙表面积为12m 2，厚度为260mm ，平均导热系数为1.5 W/(m ·K)。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为－5℃，确定此砖墙向外散失的热量。 1-9 在一次测量空气横向流过单根圆管对的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度69℃，空气温度20℃，管子外径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换热传给空气，此时的对流换热表面积传热系数为？ 1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数95 W/(m 2·K)，壁面厚2.5mm ，导热系数46.5 W/(m ·K)，水侧表面传热系数5800 W/(m 2·K)。设传热壁可看作平壁，计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。为了强化这一传热过程，应从哪个环节着手。 1-24 对于穿过平壁的传热过程，分析下列情形下温度曲线的变化趋向：(1)0→λδ；(2)∞→1h ；(3) ∞→2h 第二章 2-1 用平底锅烧水，与水相接触的锅底温度为111℃，热流密度为42400W/m 2。使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为3mm 的水垢。假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值，计算水垢与金属锅底接触面的温度。水垢的导热系数取为1 W/(m ·K)。 解： δλt q ?= 2 .2381103424001113 12=??+=?+=-λδ q t t ℃ 2-2 一冷藏室的墙由钢皮、矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm 、 152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45 W/(m ·K)、0.07 W/(m ·K)及0.1 W/(m ·K)。冷藏室的有效换热面积为37.2m 2，室内、外气温分别为－2℃和30℃，室内、外壁面的表面传热系数可分别按1.5 W/(m 2·K)及2.5 W/(m 2·K)计算。为维持冷藏室温度恒定，确定冷藏室内的冷却排管每小时内需带走的热量。 解：()2 3 233221116.95.21101.05.907.015245794.05.1123011m W h h t R t q =+ ???? ??+++--=++++?=?= -λδλδλδ总 W A q 12.3572.376.9=?=?=Φ 2-4一烘箱的炉门由两种保温材料A 和B 做成，且δA =2δB (见附图) 。 h 1 t f1 h 2 t f2 t w δA δ B 3－15 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 ，)/(210 K m W ?=λ，3/7200m kg =ρ，)/(420K kg J c ?=，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？设复合换热器的表面换热系 数为 )/(122 K m W ?。 解：采用集总参数法得： ) exp(0 τρθθcv hA -=，要使元件报警则C 0500≥τ ) exp(65025650500τρcv hA -=--，代入数据得D ＝0.669mm 验证Bi 数： 05.0100095.04) /(3 工程传热学试题及其 答案 传热学试题 （环境科学与工程学院2003级使用） 班级 姓名 学号 成绩 一、概念题（34分） 答：非周期性的加热或冷却过程可以分为初始状况阶段和正规状况阶段（2分）。前者的温度分布依然受着初始温度分布的影响，也就是说热扰动还没有扩散到整个系统，系统中仍然存在着初始状态，此时的温度场必须用无穷级数加以描述（2分）；而后者却是热扰动已经扩散到了整个系统，系统中各个地方的温度都随时间变化，此时温度分布可以用初等函数加以描述（2分）。 答：时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，为 A cV αρτ＝ 0，（1分）从中不难看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相联（3分）。因此，同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的（2分）。 答： 四个无量纲准则的物理量组成为： 23 Re;Pr ;Pr ;Re νβννTL g Gr Pe a L u ?=?=== ∞。（各1分） Re ――表征给定流场的流体惯性力与其黏性力的对比关系；Pe ――表征给定流场的流体热对流能力与其热传导（扩散）能力的对比关系；Pr ――反映物质的动量扩散特性与其热量扩散特性的对比关系；Gr ――主要表征给定流场在浮升力作用下产生的流体惯性力与其黏性力的对比关系。（各1分） Bi=αL s /λs 而Nu=αL f /λf 。从物理量的组成来看，Bi 数的导热系数λs 为固体的值，而Nu 数的λf 则为流体的值；Bi 数的特征尺寸L s 在固体侧定义，而Nu 数的L f 则在流体侧定义。从物理意义上看，前者反映了导热系统同环境之间的换热 传热学第五版课后习题答案 传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为 w1t 150C =?及 w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。 解：根据付立叶定律热流密度为： 2w2w121t t 285150q gradt=-4530375(w/m )x x 0.2λλ??--?? =-=-=- ? ?-???? 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。 通过整个导热面的热流量为： q A 30375(32)182250(W) Φ=?=-??= 0-15 空气在一根内经50mm ，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m2.k)，热流密度q=5110w/ m2, 是确定管壁温度及热流量?。 解：热流量 qA=q(dl)=5110(3.140.05 2.5) =2005.675(W) πΦ=?? 又根据牛顿冷却公式 w f hA t=h A(t t )qA Φ=??-= 管内壁温度为： w f q 5110t t 85155(C)h 73 =+ =+=? 1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ 铝＝237W/(m·K)，λ 黄铜 ＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ 铜>λ 铝 >λ 黄铜 >λ 钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m·K) =0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m·K); 矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m·K) =0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m·K); 由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0. 姓名 ： 报 考 专 业 ： 准考 证号码 ： 密 封 线 内 不 要 写 题 2019年全国硕士研究生招生考试初试自命题试题 科目名称：工程传热学（ A 卷□B 卷）科目代码：849 考试时间：3 小时 满分150分 可使用的常用工具：□无 √计算器 □直尺 □圆规（请在使用工具前打√） A 卷答案 一、填空题(共8小题，每小题2分，共16分) 1. (2分) 三种基本的热传递方式是热传导、 和 。 答：热对流、热辐射。 (2分) 2. (2分) 大多数纯金属的热导率随温度的升高而 ，大部分合金的热导率随温度的升高而 。 答：减小、增大。 (2分) 3. (2分) 对多层等厚度圆筒壁传热，通过每层的热流密度 ，通过每层单位管长的热流密度 。 答：不相等、相等。 (2分) 4. (2分) 发生相变的传热过程可分为_______传热和________传热。 答：（蒸汽）凝结、（液体）沸腾。 (2分) 5. (2分) 牛顿冷却定律适用于 传热，兰贝特余弦定律适用于 传热。 答：对流、辐射。 (2分) 6. (2分) 导热和对流传热的传热速率与温度差的 次方成正比，而热辐射的传热速率与温度差的 次方成正比。 答：一、四。 (2分) 7. (2分) 可见光的光谱一般为 微米，太阳光的光谱一般为 微米。 答：0.38-0.76、0.2-3。 (2分) 8. (2分) 土壤温度场具有的两种特性为： 和 。 答：衰减、延迟。(2分) 二、名词解释(共4小题，每小题5 分，共20分) 1、（5分）综合温度 工程上把室外空气与太阳辐射两者对围护结构的共同作用，用一个假想的温度来衡量，这个温度就叫综合温度。 2、（5分）定向辐射强度 在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见辐射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量称为定向辐射强度。 3、（5分）灰体 假如某种物体的光谱发射率不随波长发生变化，则这种物体称为灰体。 传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚，导热系数为45W/, 两侧表面温度分别为 w1t 150C =?及w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。 解：根据付立叶定律热流密度为： 2 w2w121t t 285150q gradt=-4530375(w/m )x x 0.2λλ??--??=-=-=- ? ?-???? 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。 通过整个导热面的热流量为： q A 30375(32)182250(W)Φ=?=-??= 0-15 空气在一根内经50mm ，长米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m 2.k)，热流密度q=5110w/ m 2, 是确定管壁温度及热流量?。 解：热流量 qA=q(dl)=5110(3.140.05 2.5) =2005.675(W) πΦ=?? 又根据牛顿冷却公式 w f hA t=h A(t t )qA Φ=??-= 管内壁温度为： w f q5110 t t85155(C) h73 =+=+=? 1-1．按20℃时，铜、碳钢（%C）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ铝＝237W/(m·K)，λ黄铜＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=+ W/(m·K) =+×20= W/(m·K); 矿渣棉: λ=+ W/(m·K) =+×20= W/(m·K); 第一篇工程热力学 第一章基本概念 一．基本概念 系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环： 二、习题 1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？ 错 2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度? 3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为ＭＰａ，而当地大气压力为，当航行至另一海域，其真空度变化为，而当地大气压力变化为。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化? 4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。 （1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。 （1）不考虑水的蒸发，闭口系统。 （2）绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换 （3）绝热系统。 图 1-1 5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。 （1）在大气压力为时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。 耗散效应 （2）在大气压力为时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。 可逆 （3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。 可逆 （4）100℃的水和15℃的水混合。 有限温差热传递 6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为 360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于 室II的压力。大气压力为760mmHg。试求: （1）真空室以及I室和II室的绝对压力； （2）表C的读数； （3）圆筒顶面所受的作用力。 1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？ 答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到： a 、地面向冰雹导热所得热量； b 、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量； c 、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。 2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？ 答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。 4.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。 答：暖气片内的蒸汽或热水 对流换热 暖气片内壁 导热 暖气片外壁 对流换热和 辐射 室内空气 对流换热和辐射 人体；暖气片外壁 辐射 墙壁辐射 人体 电热暖气片：电加热后的油 对流换热 暖气片内壁 导热 暖气片外壁 对流换热和 辐射 室内空气 对流换热和辐射 人体 红外电热器：红外电热元件辐射 人体；红外电热元件辐射 墙壁 辐射 人体 电热暖机：电加热器 对流换热和辐射加热风 对流换热和辐射 人体 冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射 人体 太阳照射：阳光 辐射 人体 5．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸 腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？ 答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热 冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热 凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热 沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热 升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热 冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热 融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热 5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？ 答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。挂上窗帘布后，辐射减弱，所以感觉暖和。 6.“热对流”和“对流换热”是否同一现象？试以实例说明。对流换热是否为基本传热方式？ 答：热对流和对流换热不是同一现象。流体与固体壁直接接触时的换热过程为对流换热，两种温度不同的流体相混合的换热过程为热对流，对流换热不是基本传热方式，因为其中既有热对流，亦有导热过程。 9.一般保温瓶胆为真空玻璃夹层，夹层内两侧镀银，为什么它能较长时间地保持热水的温度？并分析热水的热量是如何通过胆壁传到外界 第一章作业 1-1对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不 同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数， 应采用哪一种布置？ 解：（a ）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。 （b ）热量交换的方式主要有热传导，自然对流 和热辐射。 所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数， 应采用（a ）布置。 1-7一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为20m 2，平均导 热系数为1.04w/m ·k ，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2.09×104kJ/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 1-9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t w =69℃，空气温度t f =20℃，管子外径d=14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率8.5w ，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表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式 1-14宇宙空间可近似的看作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：航天器单位表面上的换热量 2484241/155)250(1067.57.0)(m w T T Q =???=-=-εσ 1-27附图所示的空腔由两个平行黑体表面组 成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余已知条件如图。表面2是厚δ=0.1m 的平板的一侧面，其另一侧表面3被高 温流体加热，平板的平均导热系数λ=17.5w/m ? K ，试问在稳态工况下表面3的t w3温度为多少？ 解： 表面1到表面2的辐射换热量=表面2到表面3的导热量 第二章作业 2-4一烘箱的炉门由两种保温材料A 和B 做成， 且δA =2δB (见附图)。已知λA =0.1 w/m ?K ，λB =0.06 w/m ?K 。烘箱内空气温度 t f1=400℃，内壁面的总表面传热系数h 1=50 w/m 2?K 。为安全起见，希望烘箱炉门 的外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维导热问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度t f2=25℃，外表面总表面传热系数h 2=9.5 w/m 2?K 。 解：按热平衡关系，有： 由此得，δB =0.0396m δA =2δB =0.0792 m t w3 ε=1.0 t w2=127℃ t w1=27℃ δ h 1 t f1 h 2 t f2 t δA δ B 1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。 2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。 3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。 4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式 p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b ) 中，当地大气压是否必定是环境大气 压？ 当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。当地大气压 p b 不一定是环境大气压。 5．温度计测温的基本原理是什么？ 6．经验温标的缺点是什么？为什么？ 不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果 依赖于测温物质的性质。 7．促使系统状态变化的原因是什么？ 举例说明。 有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。 8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。 参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。 9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？ 不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。 将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。 4题图 9题图 工程传热学答案 工程传热学答案 一、单项选择题(每小题2分，共20分) 1.A 2.C 3.C 4.D 5.B 6.D 7.B 8.B 9.D 10.A 二、填空题(每小题2分，共20分) 11.冷热流体(或热、冷流体)温度差为1°C 时的传热热流密度(若答成“表示传热过程强烈程度的物理量”也可算对)， W/(m 2·K)(或W/(m 2·°C))。 12.流动状态 流动起因 流体物性 流体相变情况 13.珠状凝结 膜状凝结 膜状凝结 (次序不可颠倒) 14.0.025(m 2·K)/W (数据和单位各1分) 15.60W/(m 2·K) (数据和单位各1分) 16.物体表面与周围介质之间的换热情况 17.导热微分方程 18.△tm=φ△t m 逆，φ为温差修正系数 19.灰漫表面(答成“灰表面”也算对) F -1εε 20.(1)对波长有选择性 (2)在整个容积中进行。 三、名词解释(每小题3分，共18分) 21.传热过程是指热量由固体壁面一侧的热流体通过壁面传给另一侧的冷流体的过程。 22.对流换热时，在传热壁面附近形成的一层温度有很大变化(或温度变化率很大)的 薄层。 23.肋侧表面总的实际换热量与肋侧壁温均为肋基温度的理想散热量之比。 (或答成η=(F ′2+ηf F 2″)/F 2也可，但需对符号加以说明才能算全对) 24.吸收率与波长无关的物体称为灰体。 25.换热器的实际传热量与最大可能传热量之比，称为换热器的效能。 26.冷、热两种流体被固体壁面隔开，各自在一侧流动，热量通过固体壁面由热流体传给 冷流体的换热设备称为间壁式换热器。 四、简答题(每小题9分，共18分) 27.(1)在入口段，边界层有一个形成的过程，一般由薄变厚， (2)边界层的变化引起换热系数的变化，一般由大变小，考虑到流型的变化，局部长度 上可有波动，但总体上在入口段的换热较强(管长修正系数大于1)。 (3)当l/d>50(或60)时，短管的上述影响可忽略不计。当l/d<50(或60)时，则必须考虑入 口段的影响。 28.(1)在辐射换热表面之间插入金属(或固体)薄板，称为遮热板。 (2)其原理是，遮热板的存在增大了系统中的辐射换热热阻，使辐射过程的总热阻增 大，系统黑度减少，使辐射换热量减少。 (3)遮热板对于削弱辐射换热具有显著作用，如在两个平行辐射表面之间插入一块同黑 度的遮热板，可使辐射换热量减少为原来的1/2，若采用黑度较小的遮热板，则 效果更为显著。 五、计算题(每小题12分，共24分) 29.解：(1)单位面积散热损失： q=22112w 1w t t λδ+λδ-=5.01.08.02.050700+-=1444.4W/m2 如对你有帮助，请购买下载打赏，谢谢！ 传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为w1t 150C =?及w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。 解：根据付立叶定律热流密度为： 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。 通过整个导热面的热流量为： 0-15 空气在一根内经50mm ，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m2.k)，热流密度q=5110w/ m2, 是确定管壁温度及热流量?。 解：热流量 又根据牛顿冷却公式 管内壁温度为： 1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C ）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ铝＝237W/(m·K)，λ黄铜＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m·K) =0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m·K); 矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m·K) =0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m·K); 由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0. 038W/(m·K)。由上可知金属是良好的导热材料，而其它三种是好的保温材料。 1-5厚度δ为0.1m 的无限大平壁，其材料的导热系数λ＝100W/(m·K)，在给定的直角坐标系中，分别画出稳态导热时如下两种情形的温度分布并分析x 方向温度梯度的分量和热流密度数值的正或负。 (1)t|x=0=400K, t|x=δ=600K; (2) t|x=δ=600K, t|x=0=400K; 解：根据付立叶定律 无限大平壁在无内热源稳态导热时温度曲线为直线，并且 x x 02121t t t t t dt x dx x x 0 δ δ==--?===?-- x x 0x t t q δλ δ==-=- （a ） (1) t|x=0=400K, t|x=δ=600K 时 温度分布如图2-5(1)所示 图2-5(1) 《传热学》 第一章 思考题 1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写 出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答：① 傅立叶定律： dx dt q λ -=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率， “－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： ) (f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度； f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4 T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么哪些是物性参数，哪些与过程有关 答：① 导热系数的单位是：W/；② 表面传热系数的单位是：W/；③ 传热系数的单位是：W/。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一 个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧 坏。试从传热学的观点分析这一现象。 《工程传热学》习题解析 华中科大许国良版（5-7章） 适用于以下版本教材（题号按中国电力出版社版，华中科大出版社版本题号需微调） 5-4解：（1）当以同样流速流过两管时，21u u = 871.022 1Re Re Pr Re 23.08 .0128 .02121218 .021*******.0=?=??? ? ??=????? ??==== d d d d h h d d l Nu l Nu h h hl Nu n λ （2）当以同样质量流量流过两管时，21Q Q = 287.02 1 2 12124141//5 .08 .0128 .022112112221121=? =? ?? ? ???=??? ? ??=? ===d d d u d u h h A A A Q A Q u u 5-9解： （1） 定性温度452 ' ''=+= f f f t t t ℃ 查45℃水的物性参数有： s m kg s m v K m W K kg kJ Cp m kg ??==?=?=?==--/104.601,93.3Pr /10608.0),/(642.0),/(174.4,/2.9906 263μλρ 15=w t ℃时：46 3 1095.310 608.010202.1Re ?=???===--v d d υμρυ为紊流流动 则λ hd Nu n = =Pr Re 023.08 .0因为是被加热，所以n 取0.4 K m W h h ?=????=??-24.08.043 /1.607193.3)1095.3(023.0642 .01020 （2） 定性温度452 ' ''=+= f f f t t t ℃，物性参数与（1）相同，因为是被冷却，所以n 取 0.3 λ hd Nu = =3.08.0Pr Re 023.0 K m W h h ?=????=??-23.08.043 /5.529493.3)1095.3(023.0642 .01020 h 不同是因为：一个是被加热，一个是被冷却，速度分布受温度分布影响，Nu 不同。 5-11解：设暂取入口水温度为定性温度 60=t ℃时，物性参数为： 8 .16256415.0Re 99 .2Pr /10478.0,/109.65,/179.4,/1.9832623=?===?=??=?==-ρ πλρdv v ud s m v K m W K kg kJ Cp m kg 所以为紊流。 K m W h hd Nu ??=?= =233.08.0/1097.1Pr Re 023.0λ 由热平衡关系式4.42)(4 1)('''''2 =?-= -f f f m f w t t t Cp u d t t dl h ρππ℃ 2.512 ' ''=+= f f f t t t ℃ 查物性参数： K m W m kg s m v K kg kJ Cp ?===?=?=-/6493.0474 .3Pr ,/5.987,/10547.0,/175.4326λρ 9.14142Re =为紊流 K m W h ?=?2/15.1815 4.43''=f t ℃ 7.512 ' ''=+=f f f t t t ℃ 则s t L d b l t t t dl h s s w f 3363)41()(2 2 =?- =-πρπ 5-15解：定性温度102 20 0=+=m t ℃ 第十章 思考题 1、 所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面得管子。设一双侧强化管用内径 为d i 、外径为d 0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。 2、 在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情 况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？ 答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。 3、 重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。 答：传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。 4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。 5、对于22112211221m1q c q c q c q c q c c q m m m m m =<≥及、 三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与c q m 相对大小的关系。 6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不需要用到传热方程式，你同意吗？ 答：换热器设计所依据的基本方程有： 传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。 7、在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。 答：传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，说明略o 8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算？ 答：已知流体及换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，对已有的换热器，根据流体参数计算其换热量和流体出口参数的过程叫做校核计算。 9、在进行换热器的校核计算时，无论采用平均温差法还是采用传热单元数法都需要假设一种介质的出口温度，为什么此时使用传热单元数法较为方便？ 答：用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来体现的，远没有对平均温差的影响大，所以该法用于校核计算时容易得到收敛的计算结果。 10、试用简明语言说明强化单相强制对流换热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想。 答：无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层．强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关键在于增加汽化核心数；膜状凝结换热强化措施是使液膜减薄和顺利排出凝结液。 11、在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四个假设？ 习题传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]
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