热工基础课后答案第八和九章
第八章
习 题
8-1. 一大平板,高3m ,宽2m ,厚 0.02m ,导热系数为45 W/(m ·K),两侧表面温度分别为1001=t ℃、502=t ℃,试求该板的热阻、热流量、热流密度。 解:解:由傅立叶导热定律: 热阻 W K A
R /407.745
2302.0=??=
=
λδm
热流量 W t t A Q w w 67500002
.05010045232
1=?
??-=-=δ
λ
热流密度 2
/1125002
3675000m W S
Q q =?=
=
8-2. 空气在一根内径50mm ,长2.5m 的管子内流动并被加热,已知空气平均温度为80℃,
管内对流换热的表面传热系数为70=h W/(m 2
·K)
,热5000=q W/m 2
,试求
管壁温度及热流量。
解:由牛顿冷却公式:()f w t t h q -=得到 C t h q t f w 0
42.1518070
5000=+=
+=
W s q Q 53.2405
.04
5.250002
=??
??=π
=
8-3. 一单层玻璃窗,高1.2m ,宽1m ,玻璃厚0.3mm ,玻璃的导热系数为051.=λ W/(m ·K),室内外的空气温度分别为20℃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51=h W/(m 2 ·K)和202=h W/(m 2 ·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。 解:对流换热计算公式: W h h t t s Q f f 9.7120
105
.10003.05
152012.1112
1
21=+
?
?+
+
-?
=+
-=λ
δ
导热热阻为:W K R /000286.005
.10003.01===
λ
δ
内侧对流换热热阻为:W K h R /2.05
1112==
=
外侧对流换热热阻为:W K h R /05.020
112
3==
=
8-4. 如果采用双层玻璃窗,玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室内外的对流换热条件与1-3题相同,双层玻璃间的空气夹层厚度为5mm ,夹层中的空气完全静止,空气的导热系数为
025.0=λ W/(m ·K)。试求玻璃窗的散热损失及空气夹层的导热热阻。 解:对流换热计算公式:
W h h t t s Q f f 95.3920
1025
.0005.005
.10003.02515
2012.11212
2
21
11
2
1=+?
?
?+
?
+-?
=++-=+
λδλδ
空气夹层的导热热阻为:W K R /2.0025
.0005.0==
=λ
δ
8-5. 有一厚度为=δ400mm 的房屋外墙,热导率为5.0=λ W/(m ·K)。冬季室内空气温度为201=t ℃,和墙内壁面之间对流换热的表面传热系数为41=h W/(m 2
·K)。室外空气温度为=2t -10℃,和外墙之间对流换热的表面传热系数为62=h W/(m 2 ·K)。如果不考虑热辐射,试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内、外壁面温度。 解:传热系数W K h h h /822.06
15
.04.04111112
1
=++=
+
+
=
λ
δ
热流通量为:()()2
/66.241020822.021m W t t h q f f =+?=-= 由()
w f t t h q -=1得到:
C h q t t f w 0
84.13466.24201
1
=-
=-
= C h
q t t f w 0
89.56
66
.24102
2
-=+
-=+
=
8-6. 如果冬季室外为大风天气,室外空气和外墙之间对流换热的表面传热系数为102=h W/(m 2 ·K),其它条件和题1-5相同,并假设室内空气只通过外墙与室外有热量交换,试问:要保持室内空气温度不变,需要多大功率的电暖气? 解:传热系数W K h h h /8696.010
15
.04.04111112
1
=++=
+
+
=
λ
δ
热流通量为:()()2
/087.2610208696.021m W t t h q f f =+?=-=
为了维持室内温度不变。必须保证电暖气的散热量等于通过墙壁的换热量,所以电暖气的功率为sW qs W 087.26==
第九章
9-1 一冷库的墙由内向外由钢板、矿渣绵和石棉板三层材料构成,各层的厚度分别为0.8 mm 、150 mm 和10 mm ,热导率分别为45 W/(m ?K)、0.07 W/(m ?K)和0.1 W/(m ?K)。冷库内、外气
温分别为-2 ?C 和30 ?C ,冷库内、外壁面的表面传热系数分别为2 W/(m 2?K)和3 W/(m 2
?K)。为了维持冷库内温度恒定,试确定制冷设备每小时需要从冷库内取走的热量。 解:根据多层复壁及对流换热计算公式:
2
2
3
32
21
11
/2.103
11
.001.007
.015.045
0008.021)
2(30112
1m W h h t t q f f =++--+
+
+
-=
++=
+
λδλδλδ
所以为了维持冷库内温度恒定,需要从冷库内每小时取走的热量为: sJ s qst Q 7.3744836002.10=??==
9-2 炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成,厚度都为250 mm ,热导率分别为0.6 W/(m ?K)和0.4 W/(m ?K),炉墙内外壁面温度分别维持700 ?C 和80 ?C 不变。(1)试求通过炉墙的热流密度;(2)如果用热导率为0.076 W/(m ?K)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变,试确定该保温层的厚度。 解:根据多层复壁导热计算公式: 2
2
21
1/2.5954
.0250.06
.0250.0807002
1m W t t q w w =--=
+=
+
λδλδ
由2.595076
.06
.0250.08070022
21
12
1=--=
δλδλδ+
=
+
w w t t q 得到:
mm 5.472=δ
9-3 有一炉墙,厚度为20 cm ,墙体材料的热导率为1.3 W/(m ?K),为使散热损失不超过1500 W/m 2 ,紧贴墙外壁面加一层热导率为0.1 W/(m ?K)的保温层。已知复合墙壁内外两侧壁面温度分别为800 ?C 和50 ?C ,试确定保温层的厚度。 解:根据多层复壁导热计算公式: 2
2
2
21
1/15001
.03
.120.0508002
1m W t t q w w =--=
δλδλδ+
=
+
得到:
mm 6.342=δ
9-4 图2-43为比较法测量材料热导率的装置示意图。标准试件的厚度151=δ mm
,热导率
15.01=λ W/(m ?K);待测试件的厚度162=δ mm 。试件边缘绝热良好。稳态时测得壁面
温度45w1=t ?C 、23w2=t ?C 、18w3=t ?C 。忽略试件边缘的散热损失。试求待测试件的热导率2λ。 解:根据题意: 2
21
13
22
1λδλδw w w w t t t t q --=
=
得到:
2
016
.0182315
.0015.02345λ--=
K m W ?=/704.02λ
9-5 有一3层平壁,各层材料热导率分别为常数。已测得壁面温度600w1=t ?C 、
500w2=t ?C 、250w3=t ?C 及50w4=t ?C 。试比较各层导热热阻的大小并绘出壁内温度分布示意图。
解:根据题意: 3
2
1
4
33
22
1R R t t R t t t t q w w w w w w -=--=
=
得到:
3
21200
250R 100R R =
= 即4:5:2::321=R R R
9-6 热电厂有一外径为100 mm 的过热蒸汽管道(钢管),用热导率为04.0=λ W/(m ?K)的
玻璃绵保温。已知钢管外壁面温度为400 ?C ,要求保温层外壁面温度不超过50 ?C ,并且每米长管道的散热损失要小于160 W ,试确定保温层的厚度。 解:根据圆筒壁稳态导热计算公式: 1601
.0ln 04
.02150400ln 2121
221=?--=
d d d t t q w w ππλ
=
解得mm d 3.1732= 所以保温层厚度为mm d d l 65.362
)
(12=-=
9-7 某过热蒸汽管道的内、外直径分别为150 mm 和160 mm ,管壁材料的热导率为45 W/(m ?K)。管道外包两层保温材料:第一层厚度为40 mm ,热导率为0.1 W/(m ?K);第二层厚度为50 mm ,热导率为0.16 W/(m ?K)。蒸汽管道内壁面温度为400 ?C ,保温层外壁面温度为50 ?C 。试求:(1)各层导热热阻;(2) 每米长蒸汽管道的散热损失;(3)各层间的接触面温度。 解: W m K d d R /000228.0150
160ln
45
21ln
21121
1?=?=
=
ππλ
W m K d d R /645.0160
240ln
1
.021
ln
212
32
2?=?=
=
ππλ
W m K d d R /346.0240
340ln
16
.021ln
213
43
3?=?=
=
ππλ
根据圆筒壁稳态导热计算公式: m W R R R t t w w l /1.353346
.0645.0000228.050
4003
2141=++-++-=
Φ=
由3
2
1
3
214
33
22
141R t t R t t R t t R R R t t w w w w w w w w l -=
-=-++-=
Φ=得到:
C t t l w w 0
19.399000228.027.401400R 12=?-=?Φ-=
C R t t l w w 0
211.141)645.0000228
.0(27.401400)R (13=+?-=+?Φ-= 9-8 有一直径为d 、长度为l 的细长金属圆杆,其材料热导率λ为常数,圆杆两端分别与温度为21t t 和的表面紧密接触,如图2-44所示。杆的侧面与周围流体进行对流换热,表面传热系数为h ,流体的温度为f t ,且f t <21t t 及。试写出圆杆内温度场的数学描述。
解:边界条件: 1,0t t x == 2,t t l x == 换热方程:
d
t t h x
d t t xh d f f )
(44
1)
(2
-=
?-?=
Φ?
ππ
λ
λ
d t t h dx
t d f )
(42
2
-=
Φ
=
?
9-9 已知9-8题中的20=d mm 、300=l mm 、398=λ W/(m ?K)、2001=t ?C 、1002=t
?C 、20f =t ?C 、20=h W/(m 2
?K)。试求每小时金属杆与周围流体间的对流换热量。
解:对上题的计算公式进行积分计算,可以得到: ml
ml
mx
mx
x l m x l m e
e
e
e
e
e
-------+-=
)
()(2)
()
(1θθθ
其中:λ
d h m 4=
有:)(2
1)()(
213
2210
θθλπθθλθθλ-=
-=+
-=Φ==d h m A dx
d dx
d A l
x x
代入计算即可得解。
9-10 测量储气罐内空气温度的温度计套管用钢材制成,热导率为45=λ W/(m ?K),套管壁厚5.1=δ mm ,长120=H mm 。温度计指示套管的端部温度为80 ?C ,套管另一端与储气罐连接处的温度为40 ?C 。已知套管与罐内空气间对流换热的表面传热系数为5 W/(m 2?K)。试求由于套管导热引起的测温误差。
解: 忽略测温套管横截面上的温度变化,并认为套管端部绝热,则套管可以看成是等截面直肋,测温误差为f l t t - 根据(2-47) )
(0ml ch t t t t f f l -=
-
套管截面面积δπd A =,套管换热周长d U π=, 033.1=?=
?=
l h
l A hU
ml λδ
λ
查附录13得到:
582.1)033.1()(==ch ml ch
?=?--?=
--=
7.1481
582.14080582.11
)()(0C chml t t chml t l f
C C t t f l ?-=?-=-7.68)7.14880(
9-11 同上题,若改用热导率15=λ W/(m ?K)、 厚度为0.8 mm 的不锈钢套管,其它条件不变,试求其测温误差。
解:解: 忽略测温套管横截面上的温度变化,并认为套管端部绝热,则套管可以看成是等截面直肋,测温误差为f l t t - 根据(2-47) )
(0ml ch t t t t f f l -=
-
套管截面面积δπd A =,套管换热周长d U π=, 449.2=?=
?=
l h
l A hU
ml λδ
λ
查附录13得到:
834.5)033.1()(==ch ml ch 方法如上。
9-12 热电偶的热接点可以近似地看作球形,已知其直径5.0=d mm 、材料的密度
8500=ρ kg/m 3
、
比热容400=c J/(kg ?K)。热电偶的初始温度为25 ?C ,突然将其放入120 ?C 的气流中,热电偶表面与气流间的表面传热系数为90 W/(m 2?K),试求:(1)热电偶的时间常数;(2)热电偶的过余温度达到初始过余温度的1%时所需的时间。
解:先判断能否用集总参数法: λ
λ
0005
.090?=
=hR
B i 看是否小于0.1
由hA
Vc
c ρτ=
得到:
o n d s d d hA
Vc c sec 6.122490400
234
85002
3
=?
?
?
??????
?
???==
ππρτ
由τ
ρθθVc
hA
e -=0
得到:
01.00
==-
τ
ρθθVc
hA
e
计算得到: onds d d Vc
hA
sec 0.582490400
234
850061.401.0ln 2
3
=?
?
?
??????
?
????
=-=
ππρτ
9-13 将初始温度为80 ?C 、直径为20 mm 的紫铜棒突然横置于温度位20 ?C 、流速为12 m/s 的风道中冷却,5分钟后紫铜棒的表面温度降为34 ?C 。已知紫铜棒的密度8950=ρ kg/m 3
、
比热容380=c J/(kg ?K)、热导率390=λ W/(m ?K),试求紫铜棒表面与气体间对流换热的表面传热系数。 解: 由λ
hr
B i =得到:
1.0390
01.0<=
=h h r
B i λ
,可以用集总参数法计算。
233.060
140
==θθw
由τ
ρθθ
Vc
hA
e -
=0
得到:
023.00
==-
τ
ρθθVc
hA
e
计算得到: C m W d Vc
A h 0
249.824
300380
895077.3023.0ln ?=????
=-
=
ρτ
9-14 将一块厚度为5 cm 、初始温度为250 ?C 的大钢板突然放置于温度为20 ?C 的气流中,
钢板壁面与气流间对流换热的表面传热系数为100 W/(m 2
?K),已知钢板的热导率47=λ
W/(m ?K)、热扩散率51047.1-?=a m 2
/s ,试求:(1)5分钟后钢板的中心温度和距壁面1.5 cm 处的温度;(2)钢板表面温度达到150 ?C 时所需的时间。 解:这是一个一维平板非稳态导热的问题,由λ
hr
B i =得到:
1.0053.047
100
025.0<=?=
=
λ
hr
B i ,可以用集总参数法计算。
由τ
ρθθ
Vc
hA
e -
=0
得到:
687.0025
.04710
47.13001000
5
===????-
-
-e
e
Vc
hA
τ
ρθθ
计算得到:
C t t w 0
5.1178687.023020=?+==
由τ
ρθθVc
hA
e -=0
得到:
230
130025
.04710
47.11000
5
=
==????-
-
-ττ
ρθθe
e
Vc
hA
计算得到:
m i n 6.7s e c 45610
47.1100025
.047230130ln 5
==??????? ??-=-τ
9-15 一直径为50 mm 的细长钢棒,在加热炉中均匀加热到温度为400 ?C 后取出,突然放入
温度为30 ?C 的油浴中,钢棒表面与油之间对流换热的表面传热系数为500 W/(m 2?K)。已知
钢棒材料的密度8000=ρ kg/m 3
、比热容450=c J/(kg ?K)、热导率45=λ W/(m ?K)。试
求:(1)10分钟后钢棒的中心和表面温度;(2)钢棒中心温度达到180 ?C 时所需的时间。 解:(1)由λ
hr
B i =得到:
278.0450
500
025.0=?=
=
λh r
B i
12025
.0600
450800045
2
2
0=??==
r
a F τ
查图表得到:
0016
.00
=θθm 即C t t f m 0
6.300016.0)30400(=?-+=
0014.00016.0875.00
=?=?
=
m
m m
w w θθθθθθ
即C t t f w 0
5.300014.0)30400(=?-+= (2)由
405.0370
1500==
θθm 查表得到:4.30=F
由4.3025
.0450800045
2
2
0=??==
τ
τr
a F 计算得到onds sec 170=τ
9-16 如图2-45所示,一个横截面尺寸为200300? mm 的二维导热物体,边界条件分别为:
左边绝热;右边与接触的流体对流换热,表面传热系数为50 W/(m 2
?K),流体温度为20 ?C ;上边维持均匀的温度400 ?C ;下边被常热流加热,热流密度为1500 W/m 2。已知该物体的热导率为45 W/(m ?K)。采用均匀网格,50==y x ?? mm ,试用数值方法计算该物体的温度分布。
9-17 一块厚度为200 mm 的大平壁,初始温度为30 ?C ,突然一侧壁面以每小时温升5 ?C 的规律加热,另一侧壁面绝热。已知平壁的热扩散率为5
10
2.1-? m 2
/s
,试计算平
壁的非稳态导热进入正规状况阶段时平壁内的温度分布。解:此题用数值计算方法进行计算。
第五版物理化学第九章习题答案
第九章 统计热力学初步 1.按照能量均分定律,每摩尔气体分子在各平动自由度上的平均动能为2RT 。现有1 mol CO 气体于0 oC、101.325 kPa 条件下置于立方容器中,试求: (1)每个CO 分子的平动能ε; (2)能量与此ε相当的CO 分子的平动量子数平方和( ) 222x y y n n n ++ 解:(1)CO 分子有三个自由度,因此, 2123 338.314273.15 5.65710 J 22 6.02210RT L ε-??= ==??? (2)由三维势箱中粒子的能级公式 ()(){}22222 23 223222 22 2221 23342620 8888828.0104 5.6571018.314273.15101.325106.626110 6.02210 3.81110x y z x y z h n n n ma ma mV m nRT n n n h h h p εεεε-=++??∴++=== ??? ??????? = ???????=? 2.2.某平动能级的()452 22 =++z y x n n n ,使球该能级的统计权重。 解:根据计算可知,x n 、 y n 和z n 只有分别取2,4,5时上式成立。因此,该能级的统计权重 为g = 3! = 6,对应于状态452245425254245,,,,ψψψψψ542ψ。 3.气体CO 分子的转动惯量2 46m kg 1045.1??=-I ,试求转动量子数J 为4与3两能级的能量 差ε?,并求K 300=T 时的kT ε?。 解:假设该分子可用刚性转子描述,其能级公式为 ()()J 10077.31045.1810626.61220 ,8122 46 23422 ---?=????-=?+=πεπεI h J J J 222 10429.710233807.130010077.3--?=???=?kT ε 4.三维谐振子的能级公式为 ()ν εh s s ?? ? ?? +=23,式中s 为量子数,即
十典九章读后感
学习《十点九章》有感 今天项目组织员工学习了中建总公司提出的《十典九章》,感触颇深。我们知道《中建信条》的意义在于具体行动,我们的行为都要体现中国建筑的核心价值,展现组织形象,而《十典九章》正是《中建信条》的延伸,是践行《中建信条》的行动指南。所以我们在日常工作、生活中当遵照《十典九章》,以身作则,践行规范。作为中建的一员,通过我们共同的努力必将激发出中国建筑企业文化的蓬勃活力。 《十典九章》由两部分内容组成。其中“行为十典”是对管理行为和员工习惯的倡导和要求,它包括“组织行为”、“个人行为”、“反对行为”,这三个行为标准像是一把尺子,明确了员工的行为规范,通过自我检验便能真实反应自身的实际情况。“礼仪九章”则是中国建筑员工的礼仪规范,按照国际化公司的标准,阐述了员工在商务社交场合所应注意的礼仪及行为细节,是中国建筑员工提高职业修养、提升人际沟通技能、全面树立个人和企业形象的礼仪遵循。 论语有言:人而无信,不知其可也。中国自古以来就是文明大国,学会做人是行事的根本。同样,“行为十典”中的第一条便是笃诚守信,这是我们契约精神和高品质履约的体现,是事业发展的根基。而品质至上,则体现了品牌价值所在,它包括服务品质和人的品质,我们要有如切如磋,如琢如磨的精神,修为高标准,以品质论英雄。 如今,中国建筑以其专业水准和敬业精神引领行业的发展,围绕建筑企业科技工作的特点和总公司经营生产的新需要,抓住科技工作的关键环节,坚持有所为,有所不为,突出科技工作的重点。正是由于科技创新形成的差异化竞争优势,中建总公司在激烈的竞争中相继中标了上海环球金融中心、中央电视台新址等重大工程,由此说明其科技服务于经营的能力有了重大突破,主动引导经营、开拓市场。 天时不如地利,地利不如人和。团结一致、协同联动,是一个卓越的团队的主要特征,是组织高效运作的基本要求。在日常工作中我们应当多倾听,多理解,多欣赏,多支持,并以整体利益高于一切的准则严格要求自己,树立竞争、进取意识,不畏艰苦,自强不息,提高企业的核心竞争力,创造共同价值。并以清正
第9章习题答案
习题 1. 在HTML中,