传热学第一章习题

q

h(Te
Tf
)

(Te4

T4 sky
)
有，将已知条件代入，
得Te 300K
[例1-11] 一块厚50mm的大平板，两侧表面分别维
持在 tw1 150o C和tw2 100o C 。试求不同材料时的热
流密度：(1) 389 W/(m K)的铜材，(2) 50 W/(m K)
（3）
q 0.13 150 100 1.3 102 W/m2 0.05
[厚例1-=1320]m热m平的面隔周热围层的。环隔境热度材料t f 的 导20热oC系，数壁面敷设 0.2 W/m K 隔热层与平壁接触面的温度 tw1 230oC
其外表面温度 tw2 40o C 。求隔热层外表面和环境间
解：热量的传递过程： 室内→里层玻璃外壁→里层玻璃内壁→夹层空气→外 层玻璃内壁→外层玻璃外壁→室外
夹层空气不流动，只起导热作用。
：气体﹤玻璃
同样厚度下通过夹层空气向外散失的热量比通过玻璃 向外散失的热量小，所以为了更好地保温采用双层玻 璃代替一层厚玻璃。
[例1-4] 有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中 进行冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为 它应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的水？
A(t f 1 t f 2 )
1 1 h1 1 h2
1.11.2[25 (10)] 1 11103 1 363.37
20 1.05 15
W
❖ 显然，单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的2.5倍。
因此，北方的冬天常常采用双层玻璃窗使室内保温。
[例1-10] 白天，地球表面接受来自太阳的辐射热
空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/(m2 K).
试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与同样厚 度单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下，室 内、室外空气温度及表面传热系数相同。
❖解：①双层玻璃窗情形，由传热过程计算式:
Φ1
tf1 tf2
1 1 2 3 1

1
A(t f 1 t f 2 )
[例1-8] 利用同一冰箱储存相同食物时，试 问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗 电量大？
❖ 解：当其他条件相同时，冰箱的结霜相当于 在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室之间增加了一个 附加热阻，因此，要达到相同的制冷室温度， 必然要求蒸发器处于更低的温度。所以，结 霜的冰箱耗电量更大。
[例1-9] 一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m， 厚3mm，导热系数为1.0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ W/(m K) ；中间空 气层厚度为5mm，设空气间隙仅起导热作用， 导热系数为2.60102 W/(m K) 。室内空气温度 为25℃，表面传热系数为20W/(m2 K) ；室外
流密度为 669 W 。设/m地2表空气与地面间的表面传热
系数为
30 W ，空/(气m温2度K为) 20℃。设地球可以看
成黑体表面，且地球对太空的辐射可看成是对0 K
黑体空间的辐射，试确定地球表面的平衡温度。
❖ 解：由热平衡关系，地球接受来自太阳的辐
射热量以两种方式散掉，即与空气的对流换 热及与太空的辐射换热，设过程为稳态，

W/
A tw1

m2K
tw2
(tw2 -tf )
[例1-13] 表面温度为95℃的蒸汽管道在厂房内
通过，若管道表面的发射率 =0.85，试计算蒸
汽管道辐射出的热流密度（不计对流）。
❖ 解：蒸汽管道辐射出的热流密度即为单位面积 发射出的辐射热流量，有
q T 4 0.855.67108 (95 273)4 883.9(W m2)
[例1-6]冬天，在相同的室外温度条件下，为 什么有风比无风感到更冷些？
解：假定人体表面温度相同时，人体的散热在 有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自 然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量 相同时）。而空气的强制对流换热强度要比自 然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量 更多，所以感到更冷一些。
第一章绪论练习题
思考题与典型题精解
[例1-1]人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天 和冬天都保持20摄氏度，那么在冬天与夏天、人在 房间里所穿的衣服能否一样？为什么?
解：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。 夏季室外温度比室内温度高，因此通过墙壁的热量传递 方向是由室外传向室内。而冬季室外气温比室内低，通 过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和 夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽 管冬季室内温度比夏季高，但人体在冬季通过辐射与墙 壁的散热比夏季高很多。人体对冷的感受主要是散热量 高，因此在冬季比在夏季感觉冷。
[例1-2]夏天人在同样温度（如：25摄氏度）的空气 和水中的感觉不一样。为什么？
解：人体温度一般为37℃，环境温度为25℃，所以 人体向外界散热。
因为对流传热系数，空气﹤水
即人在空气中散失的热量比在水中散失的热量小， 所以在水中感觉更凉爽一些。
[例1-3]北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以 利于保温。如何解释其道理？
1 2 3
1
h1A 1A 2 A 3 A h2 A h1 1 2 3 h2
=146.8
1.11.2 [25 (10)]
1 3103 5 103 3103 1
W
20 1.05
0.026
1.05 15
❖ ②单层玻璃窗情形：
Φ2


(T14
T24 )

5.67 108

(527

273)4

(27

273)4

2.28104(W m2)
对流换热的表面传热系数h。
解：根据题意，如右图，穿过隔热层的热量为导热热
量，于是：
1

A t

A tw1
tw2

tf
隔热层外表面与环境间的换热为对流换热：
2 hAt hA(tw2 t f )
稳态时，2

1，即h=hA(t(wt1
w2
-t w2
tf ) ) 63.3
的铸铁，(3) 0.13W/(m K) 的石棉。
❖ 解： 按平壁导热计算公式
q t tw1 tw2
A


（1） q 389 150 100 3.89 105 W/ m2 0.05
（2）
q 50 150 100 5.0 104 W/m2 0.05
讨论 对大空间内的热物体的散热，辐射与对流散
热在同一数量级，辐射是不可忽略的。
[例1-15]面积相同的两平行黑体表面，其相隔 距离与表面的宽和高相比甚小，以致通过两表 面边缘外射的能量可以忽略，表面温度分别为
527 oC 和27 oC 。试求两表面间单位面积的辐
射换热量。
解：辐射换热量公式：
q

A
[例1-7]北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常 常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面结霜 ？为什么？
解：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表 面朝向太空，下表面朝向地面。太空表面的温 度低于零摄氏度，而地球表面温度一般在零摄 氏度以上。由于相对树叶下表面来说，上表面 需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面 温度较高，而上表面温度较低且可能低于零摄 氏度，因而容易结霜。
A
[例1-14] 上例中的蒸汽管道除本身发射出辐射 放热外，（1）还有什么其它散热方式？（2） 已知h＝5.6 W/(m2K) ，厂房的空气温度为27℃ 时，求蒸汽管道自然对流散热的热流密度。 解：（1）还有自然对流散热方式；
（2）自然对流换热按牛顿冷却公式计算
q ht h(tw tf ) 5.6(95 27) 380.8(W m2)
❖ 解：从稀饭到凉水是一个传热过程。显然这 种换热在不搅拌时属自然对流。热稀饭的换 热比水要差。因此要强化传热，增加散热量， 应该用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。
[例1-5]电影《泰坦尼克号》里，男主人公杰 克在海水里被冻死而女主人公罗丝却因躺在 筏上而幸存下来。试从传热学的观点解释这 一现象。
解：杰克在海水里其身体与海水间由于自然对 流交换热量，而罗丝在筏上其身体与空气之间 产生自然对流。在其他条件相同时，水的自然 对流强度要远大于空气，因此杰克身体由于自 然对流散失能量的速度比罗丝快得多。因此杰 克被冻死而罗丝却幸免于难。