传热学多媒体教学辅助系统赵镇南习题答案全集doc.docx
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传热学多媒体教学辅助系统赵镇南习题答案全集doc
习题答秦全集
般
第1章
1.1
(a)3285.3W,164.26W/m2⑹50°C,q=
:
-143.73W/m2,-15°C,q=-143.73W/m2
1.2
60.987°C
1.3
0」083W/(m・K)
1.4
24.5kW/m2
1.5
3866.7W/m2
1.6
3416.7W/m2,272.5W/m2
1.7
1956.6W
1.8
0.648m
1.9
1200W/m2,23000W/m2
1.10
119.47°C,104.77°C,2672.7°C
1.11
323.84W/(m2-K)
1.12
(a)1.3W;(b)19.5W
1.13
32.2°C,2500W/(m2K)
1.14
(a)乙醇,光管h=2969.3W/(m2K),
多孔管h=5326.76W/(m2-K);
(b)水,光管h=3521W/(m2K),多孔管h=8545.3W/(m2-K)
1.15
555.4W/m2,90.2W/m2
1.16
(a)E=0.25,8.98-13.83W;(b)e=0.35,12.57-19.37W;e=0.45,16.17-24.9W
1.17
p二117.2W,0=43.26W,0=160.48W,Ar=13.628W/(m2K)[提示:
注意
空气温度与辐射坏境温度不相同】
1.18
14664W
1.19
(a)-18.27°C,(b)56.2°C
1.20
(a)-133.5J/s,⑹450K/87.56J/s,400k/54.63J/s,350K/31.99J/s,300K/17.23J/s
1.21
(a)dr/dr=0.0626K/s,(b)338.72K【提示:
列出非稳态条件下的能量平衡关
系式,达到平衡温度时,温度变化速率应等于零】
1.22
3.54:
1」8:
4.37:
9.6:
2.82
1.23
近似公式与精确计算的相对比值为:
(a)293V0.9999,373K/0.9876,473K/0.951,573K/0.9093,673K/0.8702,773K/0.8356;与表而发射率无关。
(b)见HTSolvercxe1.23b
415.55K(142.55°C)【提示:
需求解高次方程,建议釆用HTSolver]
1.25平均冷却功率1.24E8W
1.26热功率表达式:
0=0.5兀厂0%,壁温计算式:
&=go/(4hL)+tt-
8.10气化量0.01994kg/s,e=0.4/0.0235kg/s,0.6/0.02527kg/s,0.95/0.02838kg/s
8.11(a)外表面ZW1=61.4°C,(b)*ZW1=54.9°C,[c]按内表面绝热,/?
!
=50W/(m2K),&=318.42K;100W/(m2K)/311.64K;200W/(m2K)/307.93K
1.29*(a)79.IK,(b)0.4765W,(c)1W/(m-K)/0.0417W,10W/(m・K)/0.4765W,50W/(m-K)/2.4085W,100W/(m-K)/4.8236W,200W/(mK)/9.654W,400W/(m•K)/19.31W
63.37(a)317.2°C
63.3870°C时的散热能力达到42.2W,故可以承受35W的功率。
63.393326.4W/m2[提示:
注意热网络图中热流从哪个节点位置注入】
63.40(a)吸热板吸收热量一上表而对流与辐射散热=有效得热,(b)温升7.086°C,(c)效率0.22
◎第2章
3.726/>0,温度分布呈凸状,avO,温度分布呈凹状
3.732=22.5/[(0.8-x)(l+3x2)]W/(mK)
2.670K/m,方向与儿表面处的温度梯度相反
2.7(a)15.22W/(m-K),(b)53.16°C,(c)23.2W/(mK)
2.8*(a)中心0=0,表面0=62.832kW/m,(b)轴线113.64°C/s,外表面56.82°C/s【提示:
利用柱坐标系非稳态一维有源导热微分方程】
2.9(a)^x=o=O,^x=o.55=9OOOW/m2,(b)=1.8X105W/m3
2.10(a)x=0,^=200W/m2;x=().3m,q=182W/m2,(b)单位面积储热功率变化速率18W/s,(c)h=2.2W/(m2K)
2.11稳态
5.12(a)依=l二-(A/a)e_l,L一入BW/m2,(b)狹=(A/a)(l-e_aL)W
5.13(a)x=0,g二-A/a一九B;x=L,q=-(A/a)e'aL一AB
(b)5=Z皿(c)/Uz(7-eaI)
2.14*(a)Tw=351.24K(78.24°C),t(x)二38.46?
+231.846,(b)40.013W/m2
1.30(c)rwi=12&25°C,rw2=102.3°C,r0=128.285°C
1.31(b)76.07W,(d)39.27°C
◎第3章
2.31.44m2-K/W,20.83W/m2
2.4提高124%
2.50.1453W/(m2K)
2.61mm,0.259m/h;5mm,0.158m/h;10mm,0.0259m/h;20mm,0.013m/h;30mm,
0.0086m/h
2.7(a)5.756W/(m2K),552.6W/m2;/5.787W/(m2-K),497.7W/m2;/5.82W/(m2-K),
442.3W/m2.(b)外包保温,环境283K,65.74W/m2;293K,59.2W/m2;/3O3K,
6.20W/m2;(c)坏境283K/62.3W/m2;293K/55.7W/m2;303K/49.4W/m2
2.80.35m
2.9(a)281.24K,141.9W/m2;(b)293.4K,16.8W/m2[提示:
外壁温度迭代】
2.10(a)225.4W/m2;735°C;(b)180W/m2时,t2=688.5°C,^=210.4W/m2;300W/m2时,657°C,200.4W/m2;500W/m2时,604.7°C,183.7W/m2;800W/m2时,526」°C,158.7W/m2;
3.9距离高温表面0.8225m
3」0*16.2%
2.15(a)0.04W/(mK)
2.16(a)0.225m;(b)0.1124m
2.17(a)2=5.99-0.02806rm;(b)/?
变为正系数0.02806,a不变
2.18(a)15.44W/(m2-K),(b)598W/(m2-K)
2.19(a)781.7W/m2
2.20(a)0.0614m;(b)25.83°C
2.21玄二0.322W/(mK)
2.22/?
ct=0.017m2-K/W,Jr=589.2°C
2.23(a)>100kW;(b)53.15kW
2.2430433W,45.65°C
2.25(b)60.78°C;⑥若假设透过比等于薄膜厚度的函数r=O.88-O.3E3*(5i,有§二O.1/O.3/O.5/O.8/1.Omm时相应的如=60.78/60.57/59.88/5&02/56.28°C。
莎500W/m2,48.12°C,1000W/nr,69.2°C【提示:
正确的热阻网络图以及辐射热流注入点是解题的关键】
2.26(a)7.643W,参见HTSolver,exe3.22b/exe3.22c
2.27(a)65.9W/m2,148.7W/m2,⑹q=90.86W/m2;(c)hr=3.79W/(m2K),q=6&54W/m2(d)hr=3.71W/(m2K),q=104.5W/m2
2.2845.7°C,7544W/m2[提示:
参见3.21】
2.29(b)8.12W,热流密度与x成反比
2.30略
3.27*(a)0.0058m,100.48°C;(b)左侧464W/m2,右侧9136W/m2【提示:
这是有内热源的非对称加热平壁,可从最高温度点将壁面分为两部份】
3.28704.8°C
3.29略
3.30k=2.574W/(m2K),q〔=247」W/m2
3.312429.3W/m,136.4W/(m2K)
3.327.406°C,16.66°C,29.62°C
3.330.2185W/(mK)
3.34329.2°C,344.4°C
3.35略
3.363.075cm,25.2°C
3.371&4W/(m2K)
3.3831」kW/m
3.392&65W/m,2mm/23.04W/m,4mm/20.23W/m
3.40略
3.41(a)0.0318m;(b)40°C/7.704W;50°C/14」24W;60°C/20.544W:
70°C/26.964W;
80°C/33.384W【提示:
需要用试凑法求解保温层厚度,见HTSolver-exe3.41]
3.42(b)86.67°C,(c)55.93°C
3.43(a)100W/131.TC,500W/555.5°C,1000W/1086.0°C,(b)47.58°C,77.9°C,
115.8°C
3.44平壁r2=1298.8K,圆筒壁/2=1316.2K(均已超过耐温极限)
9.6(a)0/=2862W/m
9.7(a)qt=1613W/m;(b)qi=169W/m
9.80mm/196.56W/(m2K)/89.66W;2mm/159.8W/(m2K)/72.9W;4mm/87.6
W/(m2K)/39.94W;6mm/56.8W/(m2K)/25.9W;8mm/39.7W/(m2・K)/18.1
W;10mm/28.9W/(m2K)/13.16W
9.9(a)29.55°C(b)3.5mm(c)27.46°C,23.98°C
9.10略
9.11*(a)仏=2240A,(b)/nKlx=3168.2A,(c)tx=64.7°C
9.12(a)3.152W,(b)8/10/12/15/20mm,2.54/2.14/1.73/1.32W
9.13©二3359.76°C
9.14(a)内表面温度rj=28.95°C,可行
9.15(b)80°C
9.16(b)2.282E6W/m3,7.283W/(mK)
9.17*(b)h=32.72°C,t2=40.48°C(c)q=916.7W/m2(d)tx=57.1°C,t2=47.6°C【提
示:
以最高点分界,将壁而分成两部份,列方程可联立求解】
9.18(a)rmax=800.3°C,(b)参见HTSolverexe3.57
9.19(a)471.85W/m
9.20*(a)5111A,(c)/?
=1000W/(m2-K),^=9700.8W/m,rwi=481.76°C,仏=
3.1°C
9.21略
9.22略
9.23(a)64.63°C,(b)0.6986,(c)11.287W
9.24602.4W/m
3.64部分结果如下:
5/mm
pt/mm
H/mm
k/W/(m2-K)
%
如/W/m
钢
0.5
5
5
252.0
0.921
0.942
475.1
0.5
5
1()
397.2
0.725
0.761
748.1
0.5
5
15
474.7
0.525
0.563
894.8
铝
0.3
2.5
5
428.9
0.968
0.973
808.5
0.3
2.5
10
768.9
0.871
0.879
1449.3
03
2.5
15
1019.7
0.734
0.745
1922.2
铜
03
2.5
5
434
0.985
0.987
819.3
0.3
2.5
10
812
0.938
0.942
1531.3
0.3
2.5
15
1136,4
0.858
0.863
2142J
9.49496.4°C
9.50/o=161.95°C,不满足要求
9.51(a)=20/30/40/50°C,796/636.8/477.6/318.4W;⑹87」6/70.37/52.78/35.18W
9.521力°C,误差20.3°C
9.53(a)tL=1096°C,(b)480.2W,32.65kW
3.70伸入比例分别为0225,0.45,0.675时,相应的测温误差等于-057°C,-0.018°C和-0.0004°C
9.10(a)48」°C,(b)250°C,(c)67.46°C
9.11(b)t(x=0)=244.8°C,t(x=W)/2)=208.56*0
9.12(a)53.78°C(b)q(x=0)=12855W/m2,q(x=L)=9478W/m2(c)47.52°C
9.135.516W,5.O3W
9.14(a)r0=989.73°C,tL=454.8°C(b)r0=195.9°C,九=S
(3.77-3.96为数值计算型习题,答案从略)
3.45(a)15.7°C(b)见下表
6/°C
hjW/(m2K)
R/W/(n?
・K)
qjW/m2
如/°C
无暖风
o°c
40
4.987
119.7
4.05
60
5.204
124.9
3」8
100
5.391
129.4
2.43
・15°C
40
4.987
194.5
-8.42
60
5.204
202.9
-9.83
100
5391
210.2
-11.0
有暖风[32°C,61.8W/(m2K)]
o°c
40
20.000
639.39
21.64
60
24.000
767.9
19.57
100
28.567
914.2
17.21
・15°C
40
20.000
939.9
16.79
60
24.000
1127.9
13.75
100
28.567
1342.7
10.27
3.46(a)I783.5W;(b)0.989,0.9916;(c)1784.8W,相同
3.47均远未达到50W的要求
◎第4章
8.342288.7s
8.35140.5s,12.9°C
8.365433.5s
8.37180s/44.4°C,6min/58.52°C
8.3811.3s
8.3951.8s
8.40(a)29m,(b)7.61m【提示:
考虑辐射作用后成为非线性问题,需要做数值积分方能够得到结果,参见例题4・3】
8.413259.8s,3197s,1541.4s[提示:
b,c同上】
8.42(a)597.5°C,(b)802°C
8.43(b)60°C/54.7s;(c)87.74s,76.67°C
8.4413.04s
8.45151.57W/(m2K),385.7W/(m2K)
4.16略【提示:
将钢球和冷却液均视为集总物体,分别对他们各列一个方程并联立求解】
4.26(a)26.86°C,(b)0.01655°C/s,(c)60s/0.0143°C/s,120s/0.0124°C/s,240s/0.00927°C/s【提示:
(c)需要做变量替换然后再积分】
4.27(a)301.5m[提示:
数值积分】
4.283921s,918.5°C,1023°C【提示:
把热障涂层的导热热阻加入到对流热阻中,构成一个新的外部对流热阻。
但这种做法实际上忽略了涂层热容所导致的温度延迟效应。
】
4.298.37s,38.5s;34.87s,160.4s
4.300.775s
4.31*(a)32.88s,(b)153.6°C,(c)延长至161.9s【提示:
需要做变量替换】
4.32(a)0.0004s,0.000512s
4.3312.2h,此吋表面已低于一7°C
4.25见下表所列数据:
tcrc
tj°c
△〃°c
1min
352.16
339.2
12.96
2min
284.16
274.3
9.89
3min
232.26
224.7
7.55
4min
192.65
186.9
5.76
5min
162.4
156.0
4.40
6min
139.35
135.99
3.35
7min
121.74
119.18
2.56
8min
108.30
106.35
1.95
9min
9&05
96.56
1.49
10min
90.22
89.08
1」4
3.11960s
3.124265s
3.13一维解:
中心445.26°C,表面446.63°C;集总解:
448.5°C
3.14171.2°C,7.0158E6J/m2
3.15365W/(m2K)
3.1627.46h
3.17(a)400s,(b)参数分析见HTSolver4.32b/c
3.18Ar=441.52-exp(-5.574Xr),=w32/2a(为缸壁的升温速率,°C/s)
4.34数值结果如下表所示:
(详见源程序和绘图exe4.29.for,htex4-29.hcx)
x!
3
60s
120s
180s
240s
300s
360s
480s
600s
0.0
639.998
639.1
633.176
620.523
602.838
582.231
537.967
494.498
0.2
639.878
635.689
623.801
605.956
585.056
562.833
518.099
475.772
0.4
637.548
615.808
585.212
555.304
527.976
503」11
459.152
420.946
0.6
615.138
542.705
491.683
454.068
424.965
401.377
364.081
334.345
0.8
454.176
368.072
324.119
296.425
276.904
262.082
240.173
223.697
1.0
100
100
100
100
100
100
100
100
【提示:
半无限大模型在温度波穿透以后不再可用】
x!
d
1.0
0.8
0.6
0.4
().2
0
30s
100
542.26
635.95
639.95
■■■
—
60s
100
454」3
608.41
637.52
639.89
639.95
90s
100
402.45
573.85
628.93
638.87
639.89
4.350.03846,采用集总参数方法计算之
平板
圆柱
球
时间/min
温度/°c
时间/min
温度/°c
时间/min
温度/°c
5
177.57
5
155.02
5
135.78
10
155.02
10
119.37
10
93.42
20
119.37
20
74.53
20
50.77
30
93.42
3()
50.77
30
34.32
球的冷却速率最快,原因是3种物体当川球的体面比最小。
4.36295.5s
4.37(a)892.2s(b)887.96°C,850°C,表面与中心相差约38°C
4.380.0146m/s
4.39235°C,207.7°C
4.40(a)529.76°C,(b)h=100-800W/(m2K)的分析数据此略
4.41190.2s,280.6kJ,=588K
4.42648s,825.2s
4.43=0.822,1337.5s,11.234kJ
4.44*4.42E-7n?
/s,1.5043W/(m・K)【提示:
本问题力未知,Bi,Fo中又包含待求的值。
可从中心与表而过余温度比的角度入手获得Bi和Fo.】
6.62*(a)105.4W/(m2K)(b)159.4CC(c)3h2m20s【提示:
R;=0.1218<0.2,需
要取级数多项计算】
6.63151.53°C,131.74°C,4185.3°C/m,711l.TC/m
6.64截止时间4.84E4s(按绝热面变化0.1°C为准),0.1m/43.8°C,0・2m/49.04°C,
0.3m/51.95°C,0.4m/53.27°C,0.5m/53.81°C
8819s
4.49温度的变化历程为:
30s
60s
90s
120s
150s
180s
210s
240s
270
300s
27.04
27.93
30.47
34.28
38.95
44」3
49.62
55.32
61.08
66.89
10.252473s【提示:
求时间类型,需要用软件HTSolver试算】
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