传热传质学PDF课件
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第四章 传热化工原理课件(包含所有考点)
r1 r0
t1
热传导热阻
令 dQ 0 dr0
对流传热热阻
t 2 tf
dQ 当r0 时， 0 dr0 故 Q 有极大值 dQ 当r0 时， 0 dr0 只有 r 时 ，增加保温层的厚度 0
才能使热损失减少
则 r0 ------临界半径 rc
15
4.2 热传导
假设：层与层之间接触良好，两个接触表面具有相 同的温度。
特点：通过每一层的 常数或q 常数 Q 推动力 热阻 三层平壁的热传导速率 方程式： Q qS t 2 t3 t3 t 4 t1 t 2 Q b1 λ1S b2 λ2 S b3 λ3 S t1 t 4
空气自 然对流 5~25 气体强 制对流 20~100 水自然 对流 20~1000 水强制对流 水蒸汽冷凝 有机蒸汽 冷凝 1000~15000 5000~15000 500~2000 水沸腾
2500~25000
24
4.3 对流传热概述
5、保温层的临界厚度
t1 t f 总推动力 Q ln r0 r1 1 总热阻 2L 2Lr0
Q
rc
r0
25
4.3 对流传热概述
6、对流传热机理
对流传热的温度分布情况图
26
4.3 对流传热概述
（一） 对流传热分析 1) 对流传热是借流体质点的移动和混合而完成的， 它和流体的流动状况密切相关。
2) 流体层流内层中的传热：流体流动过程中，由于 有层流内层的存在，在层流内层中流体是分层流动 的，相邻层间没有流体的宏观流动，因此在垂直于 流体流动方向上不存在热对流，该方向上的传热仅 为热传导，由于流体的导热系数较低，故该层的热 阻较大，即温度梯度较大。
t1
热传导热阻
令 dQ 0 dr0
对流传热热阻
t 2 tf
dQ 当r0 时， 0 dr0 故 Q 有极大值 dQ 当r0 时， 0 dr0 只有 r 时 ，增加保温层的厚度 0
才能使热损失减少
则 r0 ------临界半径 rc
15
4.2 热传导
假设：层与层之间接触良好，两个接触表面具有相 同的温度。
特点：通过每一层的 常数或q 常数 Q 推动力 热阻 三层平壁的热传导速率 方程式： Q qS t 2 t3 t3 t 4 t1 t 2 Q b1 λ1S b2 λ2 S b3 λ3 S t1 t 4
空气自 然对流 5~25 气体强 制对流 20~100 水自然 对流 20~1000 水强制对流 水蒸汽冷凝 有机蒸汽 冷凝 1000~15000 5000~15000 500~2000 水沸腾
2500~25000
24
4.3 对流传热概述
5、保温层的临界厚度
t1 t f 总推动力 Q ln r0 r1 1 总热阻 2L 2Lr0
Q
rc
r0
25
4.3 对流传热概述
6、对流传热机理
对流传热的温度分布情况图
26
4.3 对流传热概述
（一） 对流传热分析 1) 对流传热是借流体质点的移动和混合而完成的， 它和流体的流动状况密切相关。
2) 流体层流内层中的传热：流体流动过程中，由于 有层流内层的存在，在层流内层中流体是分层流动 的，相邻层间没有流体的宏观流动，因此在垂直于 流体流动方向上不存在热对流，该方向上的传热仅 为热传导，由于流体的导热系数较低，故该层的热 阻较大，即温度梯度较大。
第二章传热PPT课件
.
14
例：内径为25.4mm，外径为50.8mm的不锈钢管，其热 导率为21.63w/(m.k).外包厚度为25.4mm的石棉保温层， 其热导率为0.2423w/(m.k).管的内壁面温度为538℃，保 温层的外表面温度为37.8℃,计算钢管单位长度的热损失 及管壁与保温层分界面的温度。
解：r已 10.知 02/524 0.01m 2r72,0.05/028 0.02m 54, r3 r2b0.02 504 .025 04.05m 0λ 8121.6W 3 /(K m), λ 20.24W 23/(K m); T1538CT,337.8C。
H/V0.72 /1.5 13 L/d00.72 /1.5 13 2/0.01 5 /41.61
H1.61 V1.6 1 53 8 80 6w 6/m 22k
W1 s.6 1 0.010 5 .02k4/g .s2
33
2.2.8 沸腾传热
液体与温度高于其 饱和温度的壁面接 触被加热汽化、并 产生气泡的过程称 为液体沸腾或沸腾 传热。
2
定性尺寸： di 0.02m
（2）查取定性温度下的物性。
9 9.75k g/m3,8 0 .1 21 05p as,
Cp 4.17k4J/(kgk),
0.617 w/1(mk)
.
30
（3）计算水的对流传热系数
L 3 15060 di 0.02
Re
diu
0.021995.7 80.12105
2.49104
（1）单位管长的热损失Q/L
Q /L 2 π1( T T 3) 2 3.1 4 3.8 (7 )53 8 1 0W 86 1ln r21ln r3 1ln 0.0 215l4 n 0.0508
第五章 传热142页PPT
Q t1 t4 t4 t0
3
bi iA
i1
1 A
t1tLeabharlann t03 bii1
iA
1 A
总推动力 总热阻
牛顿冷Q 却 A 定 t4 律 t0：
《化工原理》电子教案/第五章
Q
t0
t4
11
四、一维圆筒壁稳态热传导
1、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源） 特点：属一维导热，A常数， Q为常数， q常数
目录
第三节 对流传热
一、实验法求 二、各种情形下的经验式
（一）无相变 1、管内层流 2、管内湍流 3、管外强制对流 4、自然对流
（二）有相变 1、冷凝 2、沸腾
对流传热系数小结
的数量级
1
化工原理》电子教案/目录
目录
第四节 间壁式换热器的传热
一、换热器简介 二、间壁式换热器的传热过程分析 三、间壁式换热器的传热过程计算
0
r
bi i Ami
i1
教材更正：
b1 b2 b3
P141例5-4中每米管长的热损失计算式左边应
为Q，不应为Q/L，单位应为W，不应为W/m。
15
《化工原理》电子教案/第五章
四、一维圆筒壁稳态热传导
思考2： 气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在
层流流动的物质内部
机理： 气体---靠分子或原子的无规则若运动；
固体---金属靠自由电子，非金属靠晶格的震动 液体---两种观点（见教材）
热量入
管内层流
❖对流传热
自 然 对 流 强 制 对 流
发 生 在流 体内 部 流体有宏观位移
牛顿冷 Q 却 A 定 t1t律 2 ：
传热和传质基本原理--传质理论 ppt课件
ppt课件
35
（5） 温度对扩散系数的影响
ppt课件
36
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37
§3-6 流体和多孔介质中的扩散和扩散 系数
ppt课件
38
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39
ppt课件
40
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41
ppt课件
42
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43
多孔介质中的弥散传质 The origin of dispersion（弥散）
Physically, a non-constant advecting velocity
D f x c ~ j x u ~ ij)f jku ~ iu ~jfu ~ kc ~f
(*)
(1 C r)c ~ u ~ jf u x i jf u ~ ju ~ if( c x jfjk u ~ k c ~ f) 0
ppt课件
48
Thus the last equation can be simplified as:
u j 0 x j
u ti xjuju i1 x p i xj
( u i uj) xj xi
c t xj
ujcxj
(Df xcj)
ppt课件
45
Volume-averaged macroscopic GEs
u j f 0 x j
uif t
xj
ujf
uif
1pf
f xi
microscopic equations reads the spatial deviation: u~ j 0 x j
D D u ~i t xj(u ~juif u ~iu ~j)1f x ~ pi xj( x u ~ij u ~ xij)
传热和传质基本原理 第三章 传质理论PPT课件
Du ~ic~f Dt
(c~u ~jf
uif xj
u ~ju ~if
cf xj
)Df xc~j xu ~ij)f
c~(1f x~ pi xi( xu ~ij u ~ xij))f 0
c ~ ( 1 f x ~ p i x i ( x u ~ i j u ~ x ij)f) C ru ~ jc ~ f u x i j f
44
Theoretical analyses
Volume average
1 dV V Vf
Intrinsic average
f 1 dV f
Vf Vf
f ~ 1 dA V Aint
Microscopic governing equations
Schematic of a porous media
xj xj
ujf xi
)
1 Vf
Ain(ip( xuij u xij)n )jdA
(cf
t
xjujfcf) xj(Df cxjf
Df V
A cinnijd
A u ~jc ~f)
1 c
VAinD i f xjnjdA
46
Subtracting the volume-averaged equations from the
D D c ~ x j t ( u ~ j c f u ~ j c ~ u ~ j c ~ f) x jD f x c ~ j a fh f( c f c s )
where
D
Dt t
ujf
xj
47
Note the relationship
D D u ~ic~tc~D D u ~i t u ~i D Dc~t
传热的基本原理和规律 ppt课件
5.1 传热过程概述
5.1.1 热传导及导热系数
5.1.2 对流
5.1.3 热辐射 5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及 换热器
传热的基本原理和规律
18
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
一、直接接触式换热和混合式换热器 二、蓄热式换热和蓄热器 三、间壁式换热和间壁式换热器√
传热的基本原理和规律
接触热阻 因两个接触表面粗糙不平而产生的附加热阻。 接触热阻包括通过实际接触面的导热热阻和
通过空穴的导热热阻（高温时还有辐射传热）。 接触热阻与接触面材料、表面粗糙度及接触
面上压力等因素有关，可通过实验测定。
传热的基本原理和规律
33
二、多层平壁的一维稳态热传导
接触热 阻
图5-5 接触热阻的影响
传热的基本原理和规律
19
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
传热的基本原理和规律
20
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
图5-2 单程管壳式换热器
动画21 1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管
板,7-挡板,8-泄水池
传热的基本原理和规律
21
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
或
Qt1 t2 t2 t3 t3 t4
b1
b2
b3
1S 2S 3S
传热的基本原理和规律
31
二、多层平壁的一维稳态热传导
三层平壁稳态热传导速率方程
Q
t1 t4
b1 b2 b3
1S 2S 3S
对n层平壁，其传热速率方程可表示为
Q t1 tn 1
bi
iS
电子教案与课件：传热和传质基本原理 C3(full)
B. Adiabatic: d / dx |xL 0
C. Fixed temperature: L L D. Infinite fin (mL>2.65): L 0
肋片传热速率
q f
kAc
d
dx
|x0
Af h x dAs
无限长肋片的结果
3.6.3 肋片性能
1 肋片通过增加有效对流表面积来增加表面上的传热。 2 对肋基表面向外的传热，肋片又代表了一个传导热阻。
1.非对称边界条件
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts,2
Ts,1 2
x L
Ts,1
Ts,2 2
dT qx kA dx const.
在有内热源的情况下， 热流密度是随x变化的。
2.对称边界条件
温度分布关于中心面对称，故
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts
中心面温度最高：
T
0
T0
qL2 2k
1 r2
k
T
z
k
T z
q
cp
T t
2.24
1 r2
r
kr
2
T r
r2
1
sin2
k
T
r2
1
sin
k
sin
T
q
cp
T t
2.27
研究一维、稳态条件下通过扩散传递热量的情况。
一维：变量在空间上的变化只需单一坐标描述，温度梯度仅在单一 坐标方向上存在，也仅在此方向上传热。
T0
3.21
1 横截面积A(x)和材料的导热系数k(T)均可为已知。【可测量】
C. Fixed temperature: L L D. Infinite fin (mL>2.65): L 0
肋片传热速率
q f
kAc
d
dx
|x0
Af h x dAs
无限长肋片的结果
3.6.3 肋片性能
1 肋片通过增加有效对流表面积来增加表面上的传热。 2 对肋基表面向外的传热，肋片又代表了一个传导热阻。
1.非对称边界条件
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts,2
Ts,1 2
x L
Ts,1
Ts,2 2
dT qx kA dx const.
在有内热源的情况下， 热流密度是随x变化的。
2.对称边界条件
温度分布关于中心面对称，故
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts
中心面温度最高：
T
0
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qL2 2k
1 r2
k
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2.24
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1
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k
T
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1
sin
k
sin
T
q
cp
T t
2.27
研究一维、稳态条件下通过扩散传递热量的情况。
一维：变量在空间上的变化只需单一坐标描述，温度梯度仅在单一 坐标方向上存在，也仅在此方向上传热。
T0
3.21
1 横截面积A(x)和材料的导热系数k(T)均可为已知。【可测量】
电子教案与课件：传热和传质基本原理 C10FULL
qs
l hfg
qs
10.4b
Db
l g
10.4a
V qs
10.3.2 池内沸腾的模式
沸腾曲线可以说明支配沸腾过程的物理机理。
1）这条具体的曲线是针对水的，但其他流体 也有类似的趋势。
2）这条曲线是通过改变表面温度并测量热流 密度获得的，即温度控制模式。
3）由牛顿冷却定律，qs hTs Tsat h Te ，
可知热流密度既与对流系数也与过余温度有关。
Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, vol. 37, no. 206, pp. 367-374, June 1934. The English translation was published twice in International Journal of Heat and Mass Transfer, in vol. 9, pp. 1419-1433, 1966 and in vol. 27, pp. 959-970, 1984.
3）固-液交界面上的沸腾，或固-汽（刚开始）、液-汽交界面上的凝结
沸腾与凝结的特征
1）涉及流体的运动，属对流传热模式，但不是单相流体传热。 2）由于存在相变，会发生流体放热或吸热而流体温度不变的情况。 3）重要参数：潜热，液-气交界面上的表面张力，两相之间的密度差，
密度差引起的浮力远大于无相变的自然对流。 4）由于潜热和浮力驱动的流动的共同作用，使沸腾与凝结的换热系数
使用镍铬丝做实验时，当热流密度达到并略高于qmax 时， 线的温度突然跳至镍铬丝的熔点，发生烧毁现象。
用铂丝替换镍铬丝， 可获得 qmax 而不烧毁。
当依次降低功率时，
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o o o
的空气在风扇作用下冷却芯片。芯片最高允许温度为 85 C ，芯片与冷却气流间的平均表面 传热系数为 175 W m ⋅ K 。芯片顶面高出底板的高度为 1mm。
2
o
(
)
求：在不考虑辐射时芯片的最大允许功率是多少？ 辐射 1-14、已知：宇宙空间 T0 ≅ 0K ，航天器的 Tw = 250K ， ε = 0.7 。 求： q = ? 1-16、已知：太空中飞行的球状航天器 r = 0.5m ， ε = 0.8 ，散热 Φ = 175W ，航天 器未接受任何宇宙辐射能。 求： Tw = ? 热阻分析 1-17、已知：一气体冷却器传热壁可看作平壁， δ = 2.5mm ， λ = 46.5 W ( m ⋅ K ) ， 气侧 h1 = 95 W
h = 29.1W (m 2 ⋅ K) 。
求：使曲轴冷却到与空气相差 10 C 时所需的时间。 3 － 15 、已知：一报警系统导线熔断报警，熔点为 500 C ， λ = 210 W (m ⋅ K) ，
o o
ρ = 7200 kg m3 ， c = 420 J (kg ⋅ K) ，初始温度为 25 o C ， h = 12 W (m 2 ⋅ K) 。
多维导热 2－56、已知：矩形区域内的常物性、二维无内热源的导热问题。 求：分析在下列四种边界条件的组合下，导热物体为铜或钢时，物体中温度分布是否 一样： （1）四边均为给定温度；
（2）四边中有一个边绝热，其余三个边均为给定温度； （3）四边中有一个边为给定热流（不等于零） ，其余三个边中至少 有一个边为给定温度； 热阻分析 2－60、已知：如图，两块不同材料的平板组成的大平板。 求： Φ = ? 综合分析 2 － 64 、已知：苹 果如图放置，每天的发热量为 4000 J kg ，
求：当它突然受到 650 C 烟气加热后，为在 1min 内发出报警讯号，导线直径应限在 多大以下？ 一维非稳态导热 (a)无限大平壁 3-21、已知：板 A、B 材料相同，厚度 A 是 B 的两倍。初温相同，冷流体与各表面的 h 为无限大。B 板中心的过余温度下降到初值的一半需 20min。 求：A 板达到同样温度工况需多少时间？ 3-25 、已知：一航天器，壳体表面初温为 1000 C ，落入温度为 5 C 的海洋中，
1-5、已知：热水瓶瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成 真空，内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低的（约 0.05）的银。 求：试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处 的密封性，这会影响保温效果吗？ 导热 1-6 、已知：一砖墙的表面积为 12 m ，厚为 260mm ，平均导热系数为 1.5W/(m ⋅ K)。设面向室内表面温度为 25 C ，而外表面温度为-5 C 。
t f 1 = 20 o C ， t f 2 = −20 o C
，
h1 = 10 W ( m 2 ⋅ K ) ， h2 = 50 W ( m 2 ⋅ K ) ，
λ = 0.78 W ( m ⋅ K ) 。
求： Φ = ?
第二章
平板
导热基本定律及稳态导热
2-2、已知：一冷藏室墙有三层构成，钢皮 δ = 0.794mm ， λ = 45W/(m ⋅ K) ；矿渣 棉 δ = 152mm ， λ = 0.07W/(m ⋅ K) ； 石 棉 板 δ = 9.5mm ， λ = 0.1W/(m ⋅ K) 。
ρ = 840 kg m3 ， d = 80mm ， λ = 0.5 W (m ⋅ K) ， 5 o C 的空气以
0.6 m s 的流速吹过， h = 6 W (m 2 ⋅ K) 。
求：计算稳态下苹果表面及中心的温度。
= 5650 W m3 ， 2 － 66 、已知：长圆柱体 r = 2cm ，内热源 Φ
o o o
h = 1135 W (m 2 ⋅ K) 。壳体 δ = 50mm ， λ = 56.8 W (m ⋅ K) ， a = 4.13 × 10−6 m 2 s ，内
侧绝热。 求：落入海洋后 5min 时表面温度为多少？壳体壁面中最高温度为多少？ (b)无限长圆柱 3-34 、 已 知 ： 一 长 轴 ， d = 170mm ， 初 温 为 17 C ，
o
h = 10 W (m 2 ⋅ K) 。
求：饮料到达 10 C 所需的时间。 半无限大物体
3 3-54、已知：有一块厚材料，初温为 30 C ， ρ = 2200 kg m ， c = 700 J (kg ⋅ K) ， o o
3
c = 2550 J (kg ⋅ K) ，初温为 25 o C 。 t∞ = 425 o C ， h = 6.5 W (m 2 ⋅ K) ，经过 4 小时 50
分 24 秒后，木块局部地区开始着火。 求：此种材料的着火温度。 3-49、已知：一易拉罐饮料，初温为 30 C ，物性可按水处理，罐的直径为 50mm，高 为 120mm ， 罐 壳 的 热 阻 可 以 忽 略 。 罐 中 饮 料 的 自 然 对 流 可 以 忽 略 ， t∞ = 5 o C ，
o o
2
求：此砖墙向外界散失的热量。 1-7、已知：一炉子的炉墙厚 13cm,总面积为 20 m 2 ，平均导热系数为 1.04W/(m ⋅ K)，内 外壁温分别为 520 C 及 50 C 。 求：通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热值为 2.09 × 10 kJ/kg，问每天因热量损
4 o o
第一章
绪论
热传递方式辨析 1-1、已知：如附图所示的两种水平夹层。 求：试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验 来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？ 1-2、已知：一个内部发热的圆球悬挂于室内，如附图所示三种情况。 求：分析 1）圆球表面热量散失的方式；2）圆球表面与空气之间的热 交换方式。
失要用掉多少千克煤？ 对流 1-9、已知：在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管 壁平均温度 tw =69 C ，空气温度 t f =20 C ，管子外径 d =14mm，加热段长 80mm，输入加 热段的功率为 8.5W。全部热量通过对流换热传给空气。 求：此时的对流换热表面传热系数为多大？ 1-11、已知：一长、宽各为 10mm 等温集成电路芯片安装在一块底板上，温度为 20 C
λ = 1.15 W ( m ⋅ K ) 。其它条件不变。
求： k = ? 传热过程及综合分析 1-27、已知：黑体表面 1、2 组成的空腔厚度远小于高度与宽 度 ， 平 板 δ = 0.1m ，
λ = 17.5 W (m ⋅ K) 。 tw1 = 27 o C ，
tw 2 = 127 o C 。
求：稳态工况的 t w3 = ? 1-28 、 已 知 ： 玻 璃 窗 尺 寸 为 60cm × 30cm ， δ = 4mm ，
tw = 40 D C ，保温层外 h = 30W/(m 2 ⋅ K) 10 个球罐所必须配备的制冷设备的容量。 变截面、变导热系数问题 2－27、已知：某平板厚 25mm，两侧面分别维持在 40 C 及 85 C ，Φ = 1.82kW ，导
o o
热面积为 0.2m 。 求： （1） λ = ? （2） 设 λ = λo (1 + bt ) 变化 （其中 t 为局部温度） 。 为了确定上述温度范围内的 λ0 及 b 值，还需要补充什么量？给出此时确定 λ0 及 b 值的计算式。
−4 厚 30mm 的隔热材料，其 λ = 1.8 × 10 W/(m ⋅ K) 。
ti=-195.6 ℃ ， to=25 ℃ 。 液 氮 的 气 化 潜 热 为
199.6kJ/kg。 求：液氮每天的蒸发量。 2-18、已知：一批液化石油气储罐，ti=-40℃， d=2m。罐外厚 1mm 的夹层中流经制冷剂。夹层外是 厚 为 30mm 的 保 温 层 ， λ = 0.1W/(m ⋅ K) 。 习题 2-18 题解示意图
A = 37.2m 2 ， t f 1 = −2 D C ， t f 2 = 30 D C ， h1 = 1.5W/(m 2 ⋅ K) ， h2 = 2.5W/(m 2 ⋅ K) 。
求：每小时的Φ=？ ， t1 = 180 C ， t2 = 30 C ，空 2-8、已知：如图，δ远小于 d。
D D
气隙的导热系数可分别按 t1、t2 查取。忽略辐射。 求：空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。 圆筒体 2－10、已知：外径 d=50mm 的蒸气管道， tw1 = 400 C ，包覆有
(m
2
⋅ K ) ，水侧 h2 = 5800 W ( m 2 ⋅ K ) 。
求：各环节的单位面积热阻及从气到水的总传热系数 k 。且指出为了强化这一传热过 程，应首先从哪一环节入手？ 1-18 、已知：上题中，若气侧结灰 2mm ， λ = 0.116 W ( m ⋅ K ) ；水侧结垢 1mm ，
o
δ = 40mm 、 λ = 0.11W/(m ⋅ K) 的矿渣棉，其外为 δ = 45mm 、 λ = 0.12W/(m ⋅ K) 的煤灰泡沫砖，外壁温 tw 2 = 50 o C 。
求：检查矿渣棉与煤灰泡沫砖交界处的温度是否超过允许值？增加煤灰泡沫砖的厚度 对热损失及交界面处的温度有什么影响？ 2－13、已知：外径 d=100mm 的管外包两层绝热材料，其内外表面总温差不变，每层δ =75mm， λ A = 0.06W/(m ⋅ K) ， λB = 0.12W/(m ⋅ K) 。 求：A 在内层和 B 在内层两种方法对保温效果的影响，这种影响对平壁的情形是否存 在？ 球壳 2-17、已知：一储液氮的圆球 r=300mm，包有
tw = 37 o C ， λ = 0.42 W (m ⋅ K) ，过程处于稳态。
求：最大温差。
第三章
集总参数法分析
非稳态导热
A = 870cm ， c = 418.7 J (kg ⋅ K) ， 3－14、 已知： 一含碳 0.5%的曲轴， 质量为 7.84kg ，
的空气在风扇作用下冷却芯片。芯片最高允许温度为 85 C ，芯片与冷却气流间的平均表面 传热系数为 175 W m ⋅ K 。芯片顶面高出底板的高度为 1mm。
2
o
(
)
求：在不考虑辐射时芯片的最大允许功率是多少？ 辐射 1-14、已知：宇宙空间 T0 ≅ 0K ，航天器的 Tw = 250K ， ε = 0.7 。 求： q = ? 1-16、已知：太空中飞行的球状航天器 r = 0.5m ， ε = 0.8 ，散热 Φ = 175W ，航天 器未接受任何宇宙辐射能。 求： Tw = ? 热阻分析 1-17、已知：一气体冷却器传热壁可看作平壁， δ = 2.5mm ， λ = 46.5 W ( m ⋅ K ) ， 气侧 h1 = 95 W
h = 29.1W (m 2 ⋅ K) 。
求：使曲轴冷却到与空气相差 10 C 时所需的时间。 3 － 15 、已知：一报警系统导线熔断报警，熔点为 500 C ， λ = 210 W (m ⋅ K) ，
o o
ρ = 7200 kg m3 ， c = 420 J (kg ⋅ K) ，初始温度为 25 o C ， h = 12 W (m 2 ⋅ K) 。
多维导热 2－56、已知：矩形区域内的常物性、二维无内热源的导热问题。 求：分析在下列四种边界条件的组合下，导热物体为铜或钢时，物体中温度分布是否 一样： （1）四边均为给定温度；
（2）四边中有一个边绝热，其余三个边均为给定温度； （3）四边中有一个边为给定热流（不等于零） ，其余三个边中至少 有一个边为给定温度； 热阻分析 2－60、已知：如图，两块不同材料的平板组成的大平板。 求： Φ = ? 综合分析 2 － 64 、已知：苹 果如图放置，每天的发热量为 4000 J kg ，
求：当它突然受到 650 C 烟气加热后，为在 1min 内发出报警讯号，导线直径应限在 多大以下？ 一维非稳态导热 (a)无限大平壁 3-21、已知：板 A、B 材料相同，厚度 A 是 B 的两倍。初温相同，冷流体与各表面的 h 为无限大。B 板中心的过余温度下降到初值的一半需 20min。 求：A 板达到同样温度工况需多少时间？ 3-25 、已知：一航天器，壳体表面初温为 1000 C ，落入温度为 5 C 的海洋中，
1-5、已知：热水瓶瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成 真空，内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低的（约 0.05）的银。 求：试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处 的密封性，这会影响保温效果吗？ 导热 1-6 、已知：一砖墙的表面积为 12 m ，厚为 260mm ，平均导热系数为 1.5W/(m ⋅ K)。设面向室内表面温度为 25 C ，而外表面温度为-5 C 。
t f 1 = 20 o C ， t f 2 = −20 o C
，
h1 = 10 W ( m 2 ⋅ K ) ， h2 = 50 W ( m 2 ⋅ K ) ，
λ = 0.78 W ( m ⋅ K ) 。
求： Φ = ?
第二章
平板
导热基本定律及稳态导热
2-2、已知：一冷藏室墙有三层构成，钢皮 δ = 0.794mm ， λ = 45W/(m ⋅ K) ；矿渣 棉 δ = 152mm ， λ = 0.07W/(m ⋅ K) ； 石 棉 板 δ = 9.5mm ， λ = 0.1W/(m ⋅ K) 。
ρ = 840 kg m3 ， d = 80mm ， λ = 0.5 W (m ⋅ K) ， 5 o C 的空气以
0.6 m s 的流速吹过， h = 6 W (m 2 ⋅ K) 。
求：计算稳态下苹果表面及中心的温度。
= 5650 W m3 ， 2 － 66 、已知：长圆柱体 r = 2cm ，内热源 Φ
o o o
h = 1135 W (m 2 ⋅ K) 。壳体 δ = 50mm ， λ = 56.8 W (m ⋅ K) ， a = 4.13 × 10−6 m 2 s ，内
侧绝热。 求：落入海洋后 5min 时表面温度为多少？壳体壁面中最高温度为多少？ (b)无限长圆柱 3-34 、 已 知 ： 一 长 轴 ， d = 170mm ， 初 温 为 17 C ，
o
h = 10 W (m 2 ⋅ K) 。
求：饮料到达 10 C 所需的时间。 半无限大物体
3 3-54、已知：有一块厚材料，初温为 30 C ， ρ = 2200 kg m ， c = 700 J (kg ⋅ K) ， o o
3
c = 2550 J (kg ⋅ K) ，初温为 25 o C 。 t∞ = 425 o C ， h = 6.5 W (m 2 ⋅ K) ，经过 4 小时 50
分 24 秒后，木块局部地区开始着火。 求：此种材料的着火温度。 3-49、已知：一易拉罐饮料，初温为 30 C ，物性可按水处理，罐的直径为 50mm，高 为 120mm ， 罐 壳 的 热 阻 可 以 忽 略 。 罐 中 饮 料 的 自 然 对 流 可 以 忽 略 ， t∞ = 5 o C ，
o o
2
求：此砖墙向外界散失的热量。 1-7、已知：一炉子的炉墙厚 13cm,总面积为 20 m 2 ，平均导热系数为 1.04W/(m ⋅ K)，内 外壁温分别为 520 C 及 50 C 。 求：通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热值为 2.09 × 10 kJ/kg，问每天因热量损
4 o o
第一章
绪论
热传递方式辨析 1-1、已知：如附图所示的两种水平夹层。 求：试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验 来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？ 1-2、已知：一个内部发热的圆球悬挂于室内，如附图所示三种情况。 求：分析 1）圆球表面热量散失的方式；2）圆球表面与空气之间的热 交换方式。
失要用掉多少千克煤？ 对流 1-9、已知：在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管 壁平均温度 tw =69 C ，空气温度 t f =20 C ，管子外径 d =14mm，加热段长 80mm，输入加 热段的功率为 8.5W。全部热量通过对流换热传给空气。 求：此时的对流换热表面传热系数为多大？ 1-11、已知：一长、宽各为 10mm 等温集成电路芯片安装在一块底板上，温度为 20 C
λ = 1.15 W ( m ⋅ K ) 。其它条件不变。
求： k = ? 传热过程及综合分析 1-27、已知：黑体表面 1、2 组成的空腔厚度远小于高度与宽 度 ， 平 板 δ = 0.1m ，
λ = 17.5 W (m ⋅ K) 。 tw1 = 27 o C ，
tw 2 = 127 o C 。
求：稳态工况的 t w3 = ? 1-28 、 已 知 ： 玻 璃 窗 尺 寸 为 60cm × 30cm ， δ = 4mm ，
tw = 40 D C ，保温层外 h = 30W/(m 2 ⋅ K) 10 个球罐所必须配备的制冷设备的容量。 变截面、变导热系数问题 2－27、已知：某平板厚 25mm，两侧面分别维持在 40 C 及 85 C ，Φ = 1.82kW ，导
o o
热面积为 0.2m 。 求： （1） λ = ? （2） 设 λ = λo (1 + bt ) 变化 （其中 t 为局部温度） 。 为了确定上述温度范围内的 λ0 及 b 值，还需要补充什么量？给出此时确定 λ0 及 b 值的计算式。
−4 厚 30mm 的隔热材料，其 λ = 1.8 × 10 W/(m ⋅ K) 。
ti=-195.6 ℃ ， to=25 ℃ 。 液 氮 的 气 化 潜 热 为
199.6kJ/kg。 求：液氮每天的蒸发量。 2-18、已知：一批液化石油气储罐，ti=-40℃， d=2m。罐外厚 1mm 的夹层中流经制冷剂。夹层外是 厚 为 30mm 的 保 温 层 ， λ = 0.1W/(m ⋅ K) 。 习题 2-18 题解示意图
A = 37.2m 2 ， t f 1 = −2 D C ， t f 2 = 30 D C ， h1 = 1.5W/(m 2 ⋅ K) ， h2 = 2.5W/(m 2 ⋅ K) 。
求：每小时的Φ=？ ， t1 = 180 C ， t2 = 30 C ，空 2-8、已知：如图，δ远小于 d。
D D
气隙的导热系数可分别按 t1、t2 查取。忽略辐射。 求：空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。 圆筒体 2－10、已知：外径 d=50mm 的蒸气管道， tw1 = 400 C ，包覆有
(m
2
⋅ K ) ，水侧 h2 = 5800 W ( m 2 ⋅ K ) 。
求：各环节的单位面积热阻及从气到水的总传热系数 k 。且指出为了强化这一传热过 程，应首先从哪一环节入手？ 1-18 、已知：上题中，若气侧结灰 2mm ， λ = 0.116 W ( m ⋅ K ) ；水侧结垢 1mm ，
o
δ = 40mm 、 λ = 0.11W/(m ⋅ K) 的矿渣棉，其外为 δ = 45mm 、 λ = 0.12W/(m ⋅ K) 的煤灰泡沫砖，外壁温 tw 2 = 50 o C 。
求：检查矿渣棉与煤灰泡沫砖交界处的温度是否超过允许值？增加煤灰泡沫砖的厚度 对热损失及交界面处的温度有什么影响？ 2－13、已知：外径 d=100mm 的管外包两层绝热材料，其内外表面总温差不变，每层δ =75mm， λ A = 0.06W/(m ⋅ K) ， λB = 0.12W/(m ⋅ K) 。 求：A 在内层和 B 在内层两种方法对保温效果的影响，这种影响对平壁的情形是否存 在？ 球壳 2-17、已知：一储液氮的圆球 r=300mm，包有
tw = 37 o C ， λ = 0.42 W (m ⋅ K) ，过程处于稳态。
求：最大温差。
第三章
集总参数法分析
非稳态导热
A = 870cm ， c = 418.7 J (kg ⋅ K) ， 3－14、 已知： 一含碳 0.5%的曲轴， 质量为 7.84kg ，