传热学课后题答案整理
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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??210K)W/(m?0，C，用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为
5003?m/7200kg?c?420J/(kg?K)00C650烟气加热，初始温度为25C，。问当它突然受到后，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212W/(m?K)。数为解：采用集总参数法得：
?hA?)exp(????cv0?C500?，要使元件报警则0500?650hA?)exp(??
?cv?65025，代入数据得D＝0.669mm
验证Bi数：
h(V/A)hD?3?0.Bi?050.0095??10???4，故可采用集总参数法。
01
。在进行静推力试验时，温度为30C－31 一火箭发动机喷管，壁厚为9mm，出世温度为
32)Km?1950W/(0的高温燃气送于该喷管，燃气与壁面间的表面传热系数为750C。喷管材
3??m/?8400kg)?KJ/(kgk/(m?)c?560?24.6W。假设喷料的密度，，导热系数为管因直径与厚度之比较大而可视为平壁，且外侧可作绝热处理，试确定：为使喷管的最高温度不超过材料允许的温度而能允许的运行时间；1（）
在所允许的时间的终了时刻，壁面中的最大温差；2）（在上述时刻壁面中的平均温度梯度与最大温度梯度。3）（?h?0.解：Bi?7134??＝0.?769211?1000?1750???(1)0.43605 ?30?1750m??????cossin??111?ln??
???cossin2??110?0.9993Fo?2??1．
下笔如有神读书破万卷22???c??Fo?Fo?15.5s
??1??????)1?????(2)?(????mmaxm?cos110C.9)?2931?(1000?1750)(?
cos0.76921?t?th0?C/(3)59451m???????xmax?x??x??1xt1???
?????m))cos(dx??(x?
001????x??x0?1000?293.9?17500?m C/655m?1)?32(cos?1)??(cos0.?76921
1?0.009无限长圆管
0C的空气来模拟实物中平均温度为的模型中，用20－1、在一台缩小成为实物1/860C空气的加热过程。实物中空气的平均流速为6.03m/s，问模型中的流速应为若干？若2002K)，求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实模型中的平均表面传热系数为195W/(m物中流体的Pr数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值？
解：根据相似理论，模型与实物中的Re应相等空气在20?C和200?C时的物性参数为：?62?2??W/m?K10,Pr?06?100.m703/s,?2.59?20?C：
?15.111?62?2??W/m?K,Pr?0/s,.?3.93?10200?C：?34.85?10680m222ulul l122?由
??21?l06.1521sm/?20.8503)u??8?6u??(.)(21?8534.l l2NuNu?又
21?l933.12l2)K?m36.99W(得：h?h/()(?)?195??12?59.8l212分相近数并不严格相等，但十型与流体的Pr上述模化试验，虽然模用价值的。这样的模化试验是有实
d2d?，、已知：一常物性的流体同时流过温度与之不同的两根直管6－81与2，且21流动与换热已处于湍流充分发展区域。
求：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。
??0.404.0.6??uc p~h0.40.2?h，）为基础来分析时，有：5-54解：设流体是被加热的，则以式（
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u?u,d?2d，故：对一种情形，
21210.80.20.81.81.820.0.8?????????dufuddhu1??????????211111111?28??.?7%???????????
20.80.?2duhudfdu??????????。122222222若流体被冷却，因Pr数不进入h 之比的表达式，上述分析仍有效。
6-19、已知：水以1.2m/s平均速度流入内径为20mm的长直管。（1）管子壁温为75℃，水从20℃加热到70℃；（2）管子壁温为15℃，水从70℃冷却到20℃。
求：两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。
w?1.2m/sd?0.020m解：
1?(20?70)?45t?f2）℃（1020.ud1.2?1739506.Re???
f6?v10675?0.
0.80.40.80.4?189.05?3.952?0.023??Nu0.023Re39506.17Pr fff
?2??N10.15?19.05?642u?km)6063.77W/(h???m d0.02
0.80.30.80.3N?0.023RP?0.023?39506.17?3.925?164.896（2）
ure?210??64.15164.8962?k)05W/(mh??5289.m0.02因为加热，近壁处温度高，流体粘度减小，对传热有强化作用，冷却时，近壁处温度低，流体粘度增加，对传热有减弱作用。
t?35℃的气流以6-70、已知：对燃气轮机叶片冷却的模拟实验表明，当温度
1t?300u?60m/sl?0.15m、℃的叶片时，的速度吹过特征长度壁温换热量为1500W。
1w11t?340t?35u?40m/sl?0.225m、℃、℃。两种情况下现在有第二种工况：、w2222叶片均可作为二维问题处理，计算可对单位长度叶片进行。
求：第二种工况下叶片与气流间所交换的热量。
?hA?t60?0.1540?0.2252222???,?,Re???,Re
2211???thA?，解：111211?lh0.15212?,,?Re即Nu?Nu??0.6667Re?
2211?0.225hl。112对二维问题换热面积正比于线形尺度（即以单位长度叶片作比较），因而
?0.225340?352?0.6667???1.151,??1.151?1500?1726W
2?15.300?350。1
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8-1、一电炉的电功率为1KW，炉丝温度为847℃，直径为1mm。电炉的效率为0.96。试确定所需炉丝的最短长度。
4847?273??3?10?0.96dL???100?? 5.67×解：L=3.61m
得
。试用简捷方法确定本题附图中的角系数X9-6、1,2解：(1)因为X?1
?4R?3A2/140.424?1因为X?(2)1,22?RA25?0.?X?
1,2R2A2??X2,1
2,12?RA212(3），具有对称性，)参考（520.14X＝0.5/?21,假设在球得顶面有另一块4)(无限大平板存在，由对称性知50.＝X2,1m2、）分为D9-35设有如附图所示的几
何体，半球表面是绝热的，底面被一直径（＝0.21?0.35＝T?550K，
；为灰体，两部分。表面111K T2=3301。试计算表面的净辐射损失为黑体，表面2 的温度。3及表面解：网络图如下：
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2?R?X1?X?0.5X?
2,31?3,11?2,3?22?R2?X?X?0.5/2?0.253,23,11?X?X2,31,311122??0.2?0.0157??A??3.14D 12482??RA?20.0628355042E?5.67/m?()?5188.4W
1b10073024m/)?6272W?E?5.67(2b100
??11?0.35?21118.3m???A0.35?0.01571111?263.7m??
AXAX3,23,133表面1的净辐射损失：E?E5188.4?672.4?b1b2???18.38W
?R118.3?63.7?2E?E5188.4?E2?1bbb33m1843.24W/?由??E?3b?118.3?63.7?RT4?3?T??又E424.6K(。)33b100
1，2表面间的辐射换热量是由于绝热表面3的存在而引起的。
????t?300?C，t?210?C，t?100?C，t?200?C，试计算下列流动布置10-9、已知2112时换热器的对数平均温差：
（1）逆流布置；
一次交叉，两种流体均不混合；（2）
1－（3）2型壳管式，热流体在壳侧；
24（）－4型壳管式，热流体在壳侧；
顺流布置。）5（．
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??解：（1）t?t?t?210?100?110211?t?t?t?300?200?1002r1t?t110?100r1?104.?t??9?C
m)100110/ln(t/t)ln(r1??tt?100?200225?(2)P??0.
??100?300t?t21??tt?210300?119.?0R??
??100200?tt?22???＝0.92，图9－由参考文献171查得C..092?965?.t??1049?m???＝0.159－(3)由参考文献查得185，图?t?104.9?0.85?89.2?C m???97.＝01，图9
－16(4)由参考文献查得
C?.80.97?101.?t?1049?m??200100?t?300?)(5t?t?211??10??200?t?t?t2102r1t?t200?10r1??63.4??t?
C m ln(t/t)ln(200/10)r1