计算传热学中国石油大学(华东)第四章大作业
传热学思考题答案-中国石油大学
2.14 冬天新建的居民楼比旧楼房感觉更冷为什么?
答：新建的楼房，墙体中含有较多的水分，导热系数较大，导热能力较强。
2-15 空心砖好，因为空心砖内部充满空气，而空气的导热系数相对较小，热阻
较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖的房间的散热量小，保
温性好。
2-16 棉被中棉絮的中充斥着空气，空气导热系数小，所以棉絮中的热量不容易
������ Δ������，可见ϕ 或 q与λ、δ、A 和 Δt之间的关系，当壁厚，壁温及壁的性质确定时，
������
热流量或热流密度为常数
2 曲线向下弯曲，说明 b＜0，所以������随壁温增加而减小。
3 稳态。根据傅里叶定律，在没有内热源的情况下，及时导热系数随温度变化，
通过平壁的热流密度仍然为常数，通过变物性平壁的的热流密度仍可以按导热
一种经常遇到的恒热流边界：������|������ = 常数
第三类边界条件:规定边界上的换热状况：−������
������������ ������������
|������
=
ℎ(������|������
−
������������ )
2.10 能否将三类边界条件转换成统一的表达式，什么情况下第三类能转换成第
态导热过程的求解需要导热微分方程，而导热微分方程是在傅里叶定律的基础
上推到得到。
2.3 举例说明影响导热系数的因素有哪些？
答： 导热系数与物质的种类、物态、、结构、温度、压力等诸多因素有关。
如：对于同一物质，导热系数固态>液态>气态；金属的导热系数又大于其合金；
有些材料导热系数还与方向有关，如木材，石墨，这类材料被称为各向异性材
计算传热学程序设计
中国石油大学（华东)储运与建筑工程学院热能与动力工程系《计算传热学程序设计》设计报告学生姓名：学号：专业班级:指导教师2012年 7 月 7 日1、设计题目有一房屋的砖墙厚δ=0.3 m ，λ=0.85 W/（m·℃)，ρc=1.05×106 J/( m3·K)，室内温度T f1保持20℃不变，表面传热系数h1=6W/(m2·℃).开始时墙的温度处于稳定状态,内墙表面温度Tw1为15℃寒潮入侵后，室外温度T f2下降为—10℃，外墙的表面传热系数为35W/（m2·℃）.试分析寒潮入侵后多少时间内墙壁面方可感受到外界气温的变化。
图1 墙壁简化图1.1已知参数壁厚，墙壁导热系数，密度与比热容的乘积,室内和寒潮入侵后室外空气温度，室内空气和外墙的表面传热系数，开始时稳定状态下的内墙表面温度.1.2 求解寒潮入侵多少时间后内墙壁面可感受到外界气温的变化？2 物理与数学模型2。
1 物理模型该墙面为常物性，可以假设:（1）其为无限大平面，(2)只有在厚度方向传热，没有纵向传热，则该问题转化为一维常物性无限大平面非稳态导热问题。
2。
2 数学模型以墙外表面为坐标原点，沿厚度方向为坐标正方向，建立坐标系。
基于上述模型,取其在x 方向上的微元作为研究对象，则该问题的数学模型可描述如下：T ()T cx x ρλτ∂∂∂=∂∂∂ （1a)初始条件：(1b)在两侧相应的边界条件是第三类边界条件，分别由傅立叶定律可描述如下： 左边界：0202()x f x T h T T X==∂-λ=-∂ （1c)右边界:11()x f x T h T T X=δ=δ∂-λ=-∂ (1d ）3 数值处理与程序设计3。
1 数值处理采用外点法用均匀网格对求解区域进行离散化，得到的网格系统如图2所示。
一共使用了0~N-1共N 个节点.节点间距δx 为:图2 墙壁内的网格划分此例中墙壁导热系数为常值,无源项。
传热学课后习题第四章答案
选择步长 x y ，又边界为绝热 h 0 ，整理有
t i 1, j t i , j
即
t i , j 1 t i , j 2
t i , j 1 t i , j 2
0
2ti 1, j ti, j 1 ti, j 1 4ti, j 0
4-2 解：根据热平衡方程有
t 2 t10 t5 t 7 4t 6 0
对节点 7
t 3 t11 t 6 t8 4t 7 0
对节点 10
t 6 t14 t9 t11 4t10 0
对节点 11
t 7 t15 t10 t12 4t11 0
对节点 14
t10 t18 t13 t15 4t14 0
hxt f t i , j
t i , j 1 t i , j 2
hx
0
(t i 1, j t i , j 1 ) 2(1
h
x)t i , j 2
tf 0
4-3 解：根据已知条件，划分网格如图所示 第一类边界条件
t w 200C
第二类边界条件
3 200 （2t 4 t 8 100 ） 14 3 3 200 t8 （2t 5 t 7 t 9 ） 14 3 t7
节点 9 为第三类边界条件下的外拐角边界节点
ti1, j ti, j 1 (2Bi 2)ti, j 2Bi t f 0
对节点 20
t16 t 20 t t 24 20 (t19 t 20 ) hy t f t 20 0 2 2
对节点 16
华科传热学04-1,2
2016/1/1
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
3 对流换热系数与对流换热微分方程
①对流换热系数(表面传热系数)
h Φ ( A(t w t )) [W (m2 C)]
——当流体与壁面温度相差 1℃ 时、每单位 壁面面积上、单位时间内所传递的热量.
电子器件散热
2016/1/1
4
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
②对流换热的特点： (1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过 程 (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观 运动；也必须有温差 (3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影 响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边 界层；热边界层 ③特征：以简单的对流换热过程为例，对 对流换热过程的特征进行粗略的分析。
2016/1/1
y
t∞
u∞
qw
tw
x
6
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
1. they will rebound off the solid surface 2. they will be absorbed into the solid surface 3. they will adhere to the solid surface
第四章 对流换热原理
§4-1 对流换热概述 §4-2 层流流动换热的微分方程组 §4-3 对流换热过程的相似理论 §4-4 边界层理论 §4-5 紊流流动换热
建工版(第5版)《传热学》第4章作业参考解答2-3-7
第102页第2题求证绝热边界（右边界）界面上节点（i , j ）的离散方程为：042,,11,1,++−−+−j i j i j i j i t t t t =证明：考虑图示的右边界。
对于任意一个节点（i , j ），取出微元体)2121(21y y x Δ+ΔΔ (图中画阴影线部分)。
其中Δx 和Δy 分别是x 方向和y 方向上节点之间的距离。
对微元体列出能量平衡分析（参见右图中的标注），显然，在稳态、没有内热源的前提条件下，04321=Φ+Φ+Φ+Φ其中，yt t x yt t x xt t y j i j i j i j i ji j i Δ−Δ=Φ=ΦΔ−Δ=ΦΔ−Δ=Φ+−,1,43,1,2,,1121( 021－绝热边界）λλλ代入能量平衡方程，021021,1,,1,,,1=Δ−Δ++Δ−Δ+Δ−Δ+−yt t x y t t x x t t y j i j i j i j i ji j i －λλλ方程两边通除λΔx /Δy /2，得0)(12)(2,2,121,1,=⎥⎦⎤⎢⎣⎡ΔΔ+−ΔΔ++−+j i j i j i j i t x y t x y t t － 假定Δx ＝Δy ，则有，042,,11,1,=−++−+−j i j i j i j i t t t t证毕。
第102页第3题证明：考虑图示的右上角节点（i , j ），取出微元体y x Δ×Δ2121 (图中画阴影线部分)。
其中Δx 和Δy 分别是x 方向和y 方向上节点之间的距离。
对微元体列出能量平衡分析（参见右图中的标注），显然，在稳态、没有内热源的前提条件下，04321=Φ+Φ+Φ+Φ其中，yt t x t t h t t xh x t t y j i j i j i f j i f j i j i Δ−Δ=Φ−Δ=Φ−Δ=ΦΔ−Δ=Φ−,1,4,3,2,,1121( )(y 21( )(2121－牛顿冷却定律）牛顿冷却定律）λλ代入能量平衡方程，021 )(y 21 )(2121,1,,,,,1=Δ−Δ+−Δ+−Δ+Δ−Δ−yt t x t t h t t xh x t t y j i j i j i f j i f j i j i －λλ 方程两边通除λΔy/Δx /2，整理后得到，0)(1)(2,221,2,1=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+ΔΔ+⎥⎦⎤⎢⎣⎡Δ+ΔΔ+ΔΔ+−ΔΔ+−f j i j i ji t x h y x h t x h y x h y x t y x t λλλλ－ 假定Δx ＝Δy ，则有，0212,1,,1=Δ+⎟⎠⎞⎜⎝⎛Δ+−+−f ji j i j i t x h t x h t t λλ－ 证毕。
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题1. 如附图所示。
某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K）、绝热层λ2=0.18W/（m·K）及普通砖λ3=0.93W/（m·K）三层组成。
炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 oC 。
通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 oC 。
求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。
已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ，λ3=0.93W/m·K，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0求： 1δ＝？2δ＝？解： ∵δλT q ∆=∴1δ＝m qTT 22.0120090011003.1211=-⨯=-λ又∵33224234332322λδλδδλδλ+-=-=-=T T T T T T q∴W K m q T T /579.093.012.01200509002334222⋅=--=--=λδλδ得：∴m 10.018.0579.0579.022=⨯==λδ习题1附图习题2附图2. 如附图所示。
为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 oC ，t 3=50 o C 。
求内壁温度t 1。
设炉壁由单层均质材料组成。
已知：T 2=300o C ，T 3=50o C 求： T 1=？ 解： ∵δλδλ31323T T TT q -=-=∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3）T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 oC 3. 直径为Ø60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。
现测得钢管外壁面温度为–110o C ，绝热层外表面温度10oC 。
化工道理第四版习题解 第四章 传热
Q qll 284 50 1.42104W
1 ln r4
14.2 kW 【4-7】水蒸气管路外径为 108mm，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度
t / ℃ 的变化关系为 0.033 0.00023t W / (m K ) 。水蒸气管路外表面温度为 150℃，希望保温
1.163 0.033 0.002
110 0.036
【4-6】某工厂用 170mm 5mm 的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外
包两层绝热材料，第一层为厚 30mm 的矿渣棉，其热导率为 0.065W / (m K ) ；第二层为厚
30mm 的石棉灰，其热导率为 0.21W / (m K ) 。管内壁温度为 300℃，保温层外表面温度为
的热导率 λ=1.163W/(m·℃)。试计算水垢的热阻是黄铜管 多少倍 [黄铜的热导率 λ=110W/(m·℃)]。
解 因 38 2 ，因算术平均半径计算导热面积。管 32
长用 L 表示。黄铜管的热阻为
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，通系电1，力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配，机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2，下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷，32调需3各控要类试在管验最路；大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷，下安要与全加过，强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中；中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整，理核或高对者中定对资值某料，些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒，卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置，接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资，，料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气，敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术，技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方；资式对料，整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资，课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试，且技合进术理行，利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。：对对在于于分调差线试动盒过保处程护，中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技，，术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板，变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生；握内同图部一纸故线资障槽料时内、，设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷，试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高，技中要术资进资料行料试检，卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
传热学数值计算大作业
传热学数值计算大作业传热学数值计算大作业一选题《传热学》第四版P179页例题 4-3二相关数据及计算方法1．厚2δ=0.06m的无限大平板受对称冷却，故按一半厚度作为模型进行计算2. δ=0.03m，初始温度t0=100℃,流体温度t∞=0℃；λ=40W/(m.K),h=1000W/(m2.K),Bi=h*△x/λ=0.25；3.设定Fo=0.25和Fo=1两种情况通过C语言编程（源程序文件见附件）进行数值分析计算；当Fo=0.25时，Fo<1/(2*(1+Bi)),理论上出现正确的计算结果；当Fo=1时，Fo>1/(2*(1+Bi))，Fo>0.5,理论上温度分布出现振荡，与实际情况不符。
三网格划分将无限大平面的一半划分为6个控制体，共7个节点。
△x=0.03/N=0.03/6=0.005，即空间步长为0.005m四节点离散方程绝热边界节点即i=1时，tij+1=2Fo△ti+1j+(1-2Fo△)tij 内部节点即0tij+1=tij（1-2Fo△Bo△-2Fo△）+2Fo△ti-1j+2Fo△Bo△tf五温度分布线图（origin）六结果分析1 空间步长，时间步长对温度分布的影响空间步长和时间步长决定了Bo和Fo，两者越小计算结果越精确，但同时计算所需的时间就越长。
2 Fo数的大小对计算结果的影响编程时对Fo=1及0.25的情况分别进行了计算，发现当Fo=1时，各点温度随时间发生振荡，某点的温度高反而会使下一时刻的温度变低，违反了热力学第二定律，因此在计算中对Fo的选取有限制。
为了保证各项前的系数均为正值，对于内节点，Fo>0.5；对于对流边界节点，Fo<1/(2*(1+Bi))。
3 备注在Fo=0.25时，为了反映较长时间后温度的分布，取T=600,并选取了其中部分时刻的温度输出进行画图。
图像显示，随着时间的增长，各点温度趋向一致。
而当Fo=1时由于结果会出现振荡，只取T=6观察即可。