1、 1第一章：1-3 一大平板，高一大平板，高 2.5 m，宽，宽 2 m，厚，厚 0.03m，导热系数为，导热系数为 45 W/(m K)，两侧表面温度分别为，两侧表面温度分别为 t1=100，t2=80，试求该板的热阻、热流量、热流密度。，试求该板的热阻、热流量、热流密度。解:WKAR/103.14525.203.04 KWtA15003.08010025.245 23/3025.210150mKWAq 1-6 一单层玻璃窗，高一单层玻璃窗，高 1.2m，宽，宽 1.5 m，玻璃厚，玻璃厚 0.3 mm，玻璃导热系数为，玻璃导热系数为 =1.05 W/(m K)，室内外的空气温度分别为，室内
2、外的空气温度分别为 20 和和 5，室内外空气与玻璃窗之间对流换热的表面传热系数分别为，室内外空气与玻璃窗之间对流换热的表面传热系数分别为 h1=5.5 W/(m2 K)和和 h2=20 W/(m2 K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。解：22121/632015.0003.05.5152011mWhhttqff WqAQ5.113 WKAR/103.35.05.12.1003.03 WKAh/101.05.55.12.1111 WKAh/108.27205.12.11132 1-16 附图所示的空腔由两个
3、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 是厚是厚=0.1 m 的平板的一侧面，其另一侧表面的平板的一侧面，其另一侧表面3被高温流体加热，平板的平均导热系数被高温流体加热，平板的平均导热系数=17.5 W/(m K)，试问在稳态工况下表面，试问在稳态工况下表面 3 的的 tw3 温度为多少？温度为多少？解：若处于稳定工况，则 )()(324241wwwwttATTA CTTttwwww 67.1325.17)400300(1067.51
4、.00.1127)(448424123 21-18 解：221/1.2571016.14.0101001mWhttq 1-19 一厚度为一厚度为 0.4 m，导热系数为，导热系数为 1.6 W/m K 的平面墙壁，其一侧维持的平面墙壁，其一侧维持 100的温度，另一侧和温度为的温度，另一侧和温度为 10的流体进行对流换热，表面传热系数为的流体进行对流换热，表面传热系数为 10 W/(m2 K)，求通过墙壁的热流密度。，求通过墙壁的热流密度。解：第二章：21 按题意 qrrt保墙 221/1.2571016.14.0101001mWhttq 3则6786.03.102.01830301300墙保
5、rqtr 则mmr65.7407465.06786.011.0保保保 2-2 在如图所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度远小于直径在如图所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度远小于直径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。由于安装制造不好，试件与冷、热表面之间存在着一厚度为=0.1mm的空气隙。设热表面温度的空气隙。设热表面温度t1=180，冷表面温度，冷表面温度t2=30，空气隙的导热系数可分别按，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。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
6、过空气隙的辐射换热可以忽略不计。(=58.2w d=120mm)解：不考虑空气隙时侧得的导热系数记为0，则 已知空气隙的平均厚度1、2均为0.1mm，并设导热系数分别为1、2，则试件实际的导热系数应满足：2-4一烘箱的炉门由两种保温材料一烘箱的炉门由两种保温材料A和和B做成，且做成，且A=2B(见附图见附图)。已知。已知A=0.1 w/mK，B=0.06 w/mK。烘箱内空气温度。烘箱内空气温度tf1=400，内壁面的总表面传热系数，内壁面的总表面传热系数h1=50 w/m2K。为安全起见，希望烘箱炉门的外表面温度不得高于。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
7、维导热问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度。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，外表面总表面传热系数h2=9.5 w/m2K。解：根据稳态热平衡应有：222121111htthhttfwBBAAff 由此解得：mmAB0793.0,0396.0 2-10 一内径为一内径为 80mm，厚度为，厚度为 5.5mm，导热系数为，导热系数为 45 W/mK的蒸汽管道，内壁温度为的蒸汽管道，内壁温度为250，外壁覆盖有两层保温层，内保温层厚度，外壁覆盖有两层保温层，内保温层厚度45mm，导热系数为，导热系数为0.25W/mK，
8、外保温层厚，外保温层厚20mm，导热系数为，导热系数为0.12 W/mK。若最外侧的壁面温。若最外侧的壁面温02915.02.58150420dtA tA211121110%92.2102915.003745.002646.002915.000267.00001.000378.00001.0021110 4度为度为30，求单位管长的散热损失。，求单位管长的散热损失。解：mmrmmrmmrmmr5.110405.90405.4540403214213121 mWrrrrrrttql/77.31212.0)5.905.110ln(25.0)5.455.90ln(45)405.45ln()30250
9、(14.32)ln()ln()ln()(233422311241 2-13一直径为一直径为30mm、壁温为、壁温为100的管子向温度为的管子向温度为20的环境散热，热损失率为的环境散热，热损失率为100W/m。为把热损失减小到。为把热损失减小到50W/m，有两种材料可以同时被利用。材料，有两种材料可以同时被利用。材料A的导热系数为的导热系数为0.5 w/mK，可利用度为，可利用度为3.1410-3m3/m；材料；材料B的导热系数为的导热系数为0.1 w/mK，可利用度为，可利用度为4.010-3m3/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
10、与原来一样。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 h 应满足下列热平衡式：由此得 h=13.27 w/m2K 每米长管道上绝热层每层的体积为 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。此时每米长度上的散热量为：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。10003.014.3)20100(h0774.003.0785.0104785.023212 dVd1.00774.0785.01014.3785.023223 dVd)(4221
11、iiddV 7.431.014.327.1315.028.6)4.77100ln(1.028.6)304.77ln(20100 lQ 5 此时每米长度上的散热量为：绝热性能好的材料 B 在内才能实现要求。2-17 180A的电流通过直径为的电流通过直径为3mm的不锈钢导线的不锈钢导线=19W/（m）。导线浸在温度为。导线浸在温度为100的液体中，表面传热系数为的液体中，表面传热系数为3000W/（m2），导线的电阻率为），导线的电阻率为70cm，长度为，长度为1m，试求导线的表面温度及中心温度？，试求导线的表面温度及中心温度？解：227210908.9)0015.0(1107)(ALRttdL
12、hRIw 故热平衡为)100)(103(300010908.9)180(322wt 由此解得5.213wt 导线中心的温度为 5.2131940015.0)0015.0(42222RItrtwi 94.226 07.003.0785.01014.3785.023212 dVd1.007.0785.0104785.023223 dVdmWlQ/2.741.014.327.1311.028.6)70100ln(5.028.6)3070ln(20100 6第三章：3-1 一热电偶的一热电偶的cV/A之值为之值为2.094 kJ/(m2 K)，初始温度为，初始温度为20，后将其置于，后将其置于320的
13、气流中。试计算在气流与热电偶之间的表面传热系数为的气流中。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数的过余温度随时间的变化曲线。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数的过余温度随时间的变化曲线。解：（1）时间常数hAcVs，已知094.2AcV 当)/(582KmWh时，ss1.3658/10094.231 当)/(1162KmWh时，ss05.18116/10094.232（2）过余温度ssee/0300 3-3 一厚一厚10 mm的大平壁的大平壁(满足集总参数分析法
14、求解的条件满足集总参数分析法求解的条件)，初温为，初温为300，密度为，密度为7800 kg/m3，比热容为，比热容为0.47 kJ/(kg)，导热系数为，导热系数为45 W/(m K)，一侧有恒定热流，一侧有恒定热流q=100 W/m2流入，另一侧与流入，另一侧与20的空气对流换热，换热系数为的空气对流换热，换热系数为70 W/(m2 K)。试求。试求3min后平壁的温度。后平壁的温度。解：根据能量守恒原理，有)(tthAqAddtcV 对单位面积而言，其体积为301.0101mmmSAV 代入其它参数，可得)20(7010001.01047.078003tddt)7/150(7036660
15、tddt 0 ss05.182 ss1.3613000 7)7/150(36667tddt 分离变量积分0300366677/150)7/150(dttdt 36667|)7/150ln(300tt 令975.218180t 3-7 一根体温计的水银泡长一根体温计的水银泡长10 mm，直径，直径4 mm，护士将它放入病人口中之前，水银泡维持，护士将它放入病人口中之前，水银泡维持18；放入病人口中时，水银泡表面的换热系数为；放入病人口中时，水银泡表面的换热系数为85 W/(m2 K)。如果要求测温误差不超过。如果要求测温误差不超过0.2，试求体温计放入口中后，至少需要多长时间，才能将它从体温为，
16、试求体温计放入口中后，至少需要多长时间，才能将它从体温为394的病人口中取出。已别水银泡的物性参数为的病人口中取出。已别水银泡的物性参数为 =13520 kg/m3，c=139.4 J/(kg)，=8.14 W/(m K)。解：首先判断能否用集总参数法求解 mRlRlRRllRAV3221091.0)001.001.0(201.0002.0)5.0(22 05.0105.914.81091.085)/(33AVhBiv 故可用集总参数法。根据题意，0093.04.39182.0)105.9exp()exp(3FoBivFovtttto 4.492)/(,4.4922AVcFo即 s4.94 3-12一块厚一块厚10 mm的大铝板，初始温度为的大铝板，初始温度为400，突然将其浸入，突然将其浸入90的流体中，表面传热系数为的流体中，表面传热系数为1400 W/(m2 K)。试求使铝板中心温度降低到。试求使铝板中心温度降低到180所需要的时间。所需要的时间。解：)/(236KmW铝 1.002966.02hBiv 满足集总参数法条件。)exp(BivFovo 8)02966.0exp(90
