传热学第四版课后作业答案(杨世铭-陶文铨)]

1-9 一砖墙的表面积为122m，厚为260mm，平均导热系数为1.5W/（m.K）。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为-5℃，试确定次砖墙向外界散失的热量。 解：根据傅立叶定律有：

WtA9.207626.05)(25125.1

1-12 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℃，空气温度tf=20℃，管子外径 d=14mm，加热段长 80mm，输入加热段的功率8.5w，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式 

fwttrlhq2

所以 fwttdqh＝49.33W/(m2.k) 1-20 半径为0.5 m的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为0.8。航天器内电子元件的散热总共为175W。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。

解：电子原件的发热量＝航天器的辐射散热量即：4TQ 4A

QT

=187K 热阻分析 ;;

2-4 一烘箱的炉门由两种保温材料A及B组成，且BA2(见附图)。已知)./(1.0KmWA,)./(06.0KmWB,烘箱内空气温度4001ft℃，内壁面的总表面传

热系数)./(501KmWh。为安全起见，希望烘箱炉门的 外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度2ft25℃，外表面总传热系数)./(5.922KmWh。

解：热损失为22111ffBBAAfwftthtthttq 又50fwt℃；BA 联立得mmBA039.0;078.0

2-9 双层玻璃窗系由两层厚为6mm的玻璃及其间的空气隙所组成，空气隙厚度为8mm。假设面向室内的玻璃表面温度与室外的玻璃表面温度各为20℃及-20℃，试确定该双层玻璃窗的热损失。如果采用单层玻璃窗，其他条件不变，其热损失是双层玻璃的多少倍？玻璃窗的

尺寸为cmcm6060。不考虑空气间隙中的自然对流。玻璃的导热系数为0.78)./(KmW。 解：332211211ttq＝116.53W/2mmwttq/520011212 WAqQ95.41

所以 62.4453.116520012qq v2-14 外径为100mm的蒸气管道，覆盖密度为203/mkg的超细玻璃棉毡保温。已知蒸气管道外壁温度为400℃，希望保温层外表面温度不超过50℃。且每米长管道上散热量小于163W，试确定所需的保温层厚度。 解：保温材料的平均温度为

t=225250400℃ 由附录7查得导热系数为)./(08475.00023.0033.0KmWt 212

12lnttldd



代入数据得到 2d＝0.314mm 所以 mmdd107212 2-18 在一根外径为100mm的热力管道外拟包覆两层绝热材料，一种材料的导热系数为

0.06)./(KmW，另一种为0.12)./(KmW，两种材料的厚度都取为75mm，试比较把导热系数小的材料紧贴管壁，及把导热系数大的材料紧贴管壁这两种方法对保温效果的影响，这种影响影响对于平壁的情形是否存在？假设在两种做法中，绝热层内外表面的总温差保持不变。 解：将导热系数小的材料紧贴壁管 

19.19227550757550ln2507550ln212121ttllltt



 将导热系数大的材料紧贴壁管则 

47.1526.1ln5.2ln2211221ttlttl



故导热系数大的材料紧贴管壁其保温效果好。 若为平壁，则平壁221121ttq 由于21所以不存在此问题。 2-50 试计算下列两种情形下等厚度直肋的效率：

铝肋，208)./(KmW，h=284)./(2KmW，H=15.24mm，=2.54mm； 钢肋，5.41)./(KmW，h=511)./(2KmW，H=15.24mm，=2.54mm； 解：（1）因为4997.02HhmH 所以%3.914997.04997.0thmHmHthf 因为501.12HhmH 所以%9.56501.1501.1thmHmHthf 2-55 用一柱体模拟汽轮机叶片的散热过程。柱长9cm，周界为7.6cm，截面积为1.95cm2,柱体的一端被冷却到350℃（见附图）。815℃的高温燃气吹过该柱体，假设表面上各处的对

流换热的表面传热系数是均匀的，并为28)./(2KmW。柱体导热系数55)./(KmW，肋端绝热。试： 计算该柱体中间截面上的平均温度及柱体中的最高温度； 冷却介质所带走的热量。

解：（1）09.14/cAhpm

又肋片中的温度分布mhchmxmch0 51000tt℃

所以中间温度x=H时 221℃

因肋片截面温度沿高度方向逐步降低

所以当x=H时最大

mHch

0max



＝265.6℃ (2)热量由冷却介质带走

WmHthmhpx7.6500



3－10 一热电偶热接点可近似地看成为球形，初始温度为250C，后被置于温度为2000C地气流中。问欲使热电偶的时间常数sc1热接点的直径应为多大？以知热接点与气流间的表面传热系数为)/(352KmW，热接点的物性为：)/(20kmW，3/8500)/(400mkgkkgJc，

，如果气流与热接点之间还有辐射换热，对所需的热

接点直径有何影响？热电偶引线的影响忽略不计。

解：由于热电偶的直径很小，一般满足集总参数法，时间常数为：hAcvc 故mchtRAVc51029.10400850035013// 热电偶的直径： mRd617.01029.103225 验证Bi数是否满足集总参数法 0333.00018.0201029.10350)/(5AVhBiv

故满足集总参数法条件。 若热接点与气流间存在辐射换热，则总表面传热系数h（包括对流和辐射）增加，由

hAcvc



知，保持c不变，可使V/A增加，即热接点直径增加。

3－13 一块厚20mm的钢板，加热到5000C后置于200C的空气中冷却。设冷却过程中钢板两

侧面的平均表面传热系数为)/(352KmW,钢板的导热系数为)/(452KmW，若扩散率为sm/10375.125。试确定使钢板冷却到空气相差100C时所需的时间。

解：由题意知1.00078.0hABi 故可采用集总参数法处理。由平板两边对称受热，板内温度分布必以其中心对称，建立微分方程，引入过余温度，则得：

0)0(0tthAddcv 解之得：)exp())/(exp()exp(0hAVchcvhA sC3633100＝时，将数据代入得，当 3－21 有两块同样材料的平板A及B，A的厚度为B的两倍，从统一高温炉中取出置于冷流体中淬火。流体与各表面间的表面传热系数均可视为无限大。已知板B中心点的过余温度下降到初值的一半需要20min，问A板达到同样温度工况需要的时间？

min80min2044)(25.0)(2000BBBAABABABABmAmmBAaaFoFoFofBiBi，解：

5-3、已知：如图，流体在两平行平板间作层流充分发展对流换热。 求：画出下列三种情形下充分发展区域截面上的流体温度分布曲线：（1）21wwqq；（2）212wwqq；（3）01wq。 解：如下图形： 5-8、已知：介质为25℃的空气、水及14号润滑油，外掠平板边界层的流动由层流转变为湍流的灵界雷诺数5105Rec，smu/1。 求：以上三种介质达到cRe时所需的平板长度。 解：（1）25℃的空气 v=15.53610sm/2

vxuxRe=561051053.151x x=7.765m （2）25℃的水 smv/109055.026 x=0.45275m

（3）14号润滑油 smv/107.31326 x=156.85m 5-20．在一热处理工程中将一块尺寸为cmcm7070平板置于30℃的空气气流中，空气流速为1.2m/s．作用在平板一侧的切应力为0.14N．试估计当该金属板的温度为200℃时平板的散热量． 6－7、已知：（1）边长为a及b的矩形通道：（2）同（1），但ab；（3）环形通道，内管外径为d，外管内径为D；（4）在一个内径为D的圆形筒体内布置了n根外径为d的圆管，流体在圆管外作纵向流动。 求：四种情形下的当量直径。 解：







ndDndDndDdnDddDdDdDdbbaabbaabdbaabbaabdmmmm2222222

2244

222243

222422241

