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工程传热学课后题答案

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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20m2，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

kwtAQ2.7513.0)50520(2004.1 每天用煤

dkg/9.3101009.22.753600244

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

cmwtAQ2/3.49)2069(08.0014.014.35.8

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)(mwTTQ

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tw3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 tw3

ε=1.0

tw2=127℃

tw1=27℃

δ

2341420)(wwttTT

cTTttww7.1325.171.0)34(67.5127)(444142023

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tf1=400℃，内壁面的总表面传热系数h1=50 w/m2•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tf2=25℃，外表面总表面传热系数h2=9.5 w/m2•K。

解：按热平衡关系，有：

)(1221fwBBAAwftttt

)2550(5.906.01.0250150400BB 由此得，δB=0.0396m

δA=2δB=0.0792 m

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t1=180℃，冷表面温度t2=30℃，空气隙的导热系数可分别按t1、t2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

02915.02.58150420dtA 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：

tA21110 所以

21110 h1

tf1

h2

tf2

tw δA δB

t1

t2

δ

即92.2102915.003745.002646.002915.000267.00001.000378.00001.0021110%

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：

mWddtlQ/9.11935ln6515.014.3ln212

最大允许通过电流满足9.1192RIm

所以AIm4.232

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3.14×10-3m3/m；材料B的导热系数为0.1 w/m•K，可利用度为4.0×10-3m3/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：

10003.014.3)20100(

由此得α=13.27 w/m2•K

每米长管道上绝热层每层的体积为)(4221iiddV。当B在内，A在外时，B与A材料的外径为d2、d3可分别由上式得出。

0774.003.0785.0104785.023212dVdm

1.00774.0785.01014.3785.023223dVdm

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lQW/m

当A在内，B在外时，A与B材料的外径为d2、d3可分别由上式得出。

07.003.0785.01014.3785.023212dVdm

1.007.0785.0104785.023223dVdm 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lQW/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，外径为r0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常数的情形进行求解。

解：温度场满足的微分方程为：

0)()(rrdrdtrdrd

边界条件为：r=0，dt/dr=0； r= r0，)(tthdrd

当常数时，积分两次得：2214lncrrct

由r=0，dt/dr=0；得c1=0；

由r= r0，)(tthdrd得trhrc422002

因此，温度场为thrrrt2420202

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/m2•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tf，

按题义，应使6.000ffhhtttt%

即6.0)(10mHchh，得ch(mH)=166.7

又mH=5.81

P=πd，A=πdδ

所以81.575.48109.01.491053HHHAhUmH

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1.95cm2，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/m2•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。

268.109.009.1409.01095.155076.0284HAhUmH ch(1.268)=1.92

柱体中的最高温度为肋端温度。

cmhchh26692.1815305)(/0

266tthh 所以ctth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chchhx

ctth4943218153212

冷却水带走的热量wthmhthmPQ7.65)268.1()510(09.14076.028)(0

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t0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)()(ttTTAtthAddtcV

3-9一热电偶的ρcV/A之值为2.094kJ/m2·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/m2·K及116

w/m2·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hAcV

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工程热力学与传热学(第二十七)复习题部分答案

工程热力学与传热学(第二十七)复习题部分答案

《工程热力学与传热学》复习题答案

渤海石油职业学院石油工程系——晏炳利

第一篇工程热力学

第一章绪论

一、填空题

1．水力能、风能、太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等

2．① 以机械能的形式直接利用（如水力能、风能）；

② 以热能的形式利用（如太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等）。

3．① 直接利用热能加热物体（如采暖、烘烤、冶炼、蒸煮等）；

② 间接利用。

4．吸气、压缩、爆发、排气

5．① 热力学第一、第二定律；② 研究工质的热物理性质；③ 研究各种热力设备中的能量转换过程

二、概念题

1．热力学：是一门研究与热现象有关的能量、物质和它们之间相互作用规律的科学。

2．工程热力学：是从工程应用的角度研究热能与机械能之间相互转换的规律，达到提高能量有效利用率目的的学科。

三、简答题

1．工程热力学的基本任务．：通过对各种用能设备及系统中的能量转换过程及影响因素的研究，探索有效、合理利用能量的技术途径和基本方法。

第二章基本概念

一、概念题

1．工质：工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的媒介物或工作介质称为工质。

2．环境（外界）：指系统以外与系统相联系的部分称为环境。

3．热力状态：系统在某一瞬间的宏观物理状况称为系统的热力状态简称状态。

4．平衡态：指在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态。 5．绝对压力（P）：一般情况下，容器内系统的实际压力称为绝对压力（P）。

测压计测出的不是绝对压力，而是气体的绝对压力与当地大气压力的差值，是一个相对压力。

6.表压力（Pg）：当容器内气体的实际压力大于大气压力时，测压计（压力表）的读数为正，读数称为表压力。

7.真空度（Pv）：当容器内气体的实际压力小于大气压力时，测压计（真空表）的读数为负，读数的绝对值称为真空度。

状态方程：表示基本状态参数之间函数关系的方程称为状态方程。

《传热学》课后习题答案-第一章

《传热学》课后习题答案-第一章

传热学习题集

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：，其中，－热流密度；－导热系数；－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：，其中，－热流密度；－表面传热系数；

－固体表面温度；－流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳

兹曼常数；－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/(m2.K)；③ 传热

系数的单位是：W/(m2.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。

传热学3-7章问答题及答案

传热学3-7章问答题及答案

第三章 非稳态热传导 一、名词解释 非稳态导热：物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。

数Bi：Bi 数是物体内部导热热阻与表面上换热热阻h1之比的相对值，即：hBi

oF数：傅里叶准则数2τlaFo=，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。 二、解答题和分析题

1、数Bi、oF数、时间常数c的公式及物理意义。

答：数Bi： hBi，表示固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比。

2τlaFo=，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。

hAcVc， c数值上等于过余温度为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。 2、0Bi和Bi各代表什么样的换热条件？有人认为0Bi代表了绝热工况，是否正确，为什么？ 答：1）0Bi时，物体表面的换热热阻远大于物体内部导热热阻。说明换热热阻主要在边界，物 体内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻物体内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。可以用集总参数法进行分析求解。 2）Bi时，物体表面的换热热阻远小于物体内部导热热阻。在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，物体的表面温度就等于周围介质的温度。但是，因为物体内部导热热阻较大，所以物体内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐下降。在这种情况下，物体的冷却或加热过程的强度只决定于物体的性质和几何尺寸。 3）认为0Bi代表绝热工况是不正确的，0Bi的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。 3、厚度为2，导热系数为，初始温度均匀并为0t的无限大平板，两侧突然暴露在温度为t，表面换热系数为h的流体中。试从热阻的角度分析0Bi、Bi平板内部温度如何变化，并定性画出此时平板内部的温度随时间的变化示意曲线。 答：1）0Bi时，平板表面的换热热阻远大于其内部导热热阻。说明换热热阻主要在边界，平板内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻平板内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。平板温度分布见下图。 2）Bi时，平板表面的换热热阻远小于其内部导热热阻。在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，平板的表面温度就等于周围介质的温度。但是，因为平板内部导热热阻较大，所以平板内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，平板内部各点的温度逐渐下降。平板温度分布见下图。 4、试说明集总参数法的物理概念。 答：当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热 热阻时，即当内外热阻之比趋于零时，影响换热 的主要环节是在边界上的换热能力，而内部由 于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关 心温度在空间的分布，温度只是时间的函数。 即忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为 集中参数法。 适用条件：物体的导热系数很大或者物体几何尺寸很小或表面传热系数极低。 5、什么叫时间常数c试分析测量恒定的流体温度时c对测量准确度的影响。 答：hAcVc，具有时间的量纲，称为时间常数，c数值上等于过余温度为初始过余温度的36.8%

《工程热力学与传热学》网考参考答案资料试题库奥鹏中国石油大学北京

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《工程热力学与传热学》期末复习题 第1页 共19页 中国石油大学（北京）现代远程教育学院

《工程热力学与传热学》网考期末复习题

题库资料参考答案

一. 选择题（40题）

1. 以下系统中，和外界即没有质量交换，又没有能量交换的系统是（ D ）。

A、开口系统 B、闭口系统

C、绝热系统 D、孤立系统

2. 以下系统中，和外界仅仅没有质量交换的系统是（ A ）。

A、闭口系统 B、开口系统

C、绝热系统 D、孤立系统

3. 等量空气从相同的初态出发，分别经历可逆绝热过程A和不可逆绝热过程B到达相同的终态，则两过程中热力学能的变化（ B ）。

A、可逆过程>不可逆过程 B、二者相等

C、可逆过程

4. 下列哪种情况下，工质所作的膨胀功与技术功，二者的数值会相等?（ A ）

A、进出口流动功之差等于零 B、轴功等于零

C、宏观动能变化为零 D、宏观位能变化为零

5. 工质从同一初态出发，分别经历可逆过程和不可逆过程到达相同的终态，则两过程中工质与外界交换的热量为（ D ）。

A、可逆过程 >不可逆过程 B、二者相等

C、可逆过程

6. 关于理想气体的说法，正确的是（ B ）。

A、理想气体只能是单一气体，不能是混合气体

B、理想气体的分子体积与气体的总体积相比可以忽略不计

C、理想气体离液态较近，容易液化

D、理想气体是实际气体在压力趋近于无穷大，比体积趋近于零时的极限

7. 下列各气体中，可以作为理想气体的是（ C ）

A、水加热转变为的水蒸气 B、制冷系统中的氨蒸汽