传热学习题集

1、郑州大学传热学习题集苏小江2014/6/1内容：书中例题和课后习题绪论例 0-1 某住宅砖墙壁厚为1240 mm，其导热系数为1 0.6 W/(m 2 K) ，墙壁内、外两侧的表面传热系数分别为：h17.5 W /(m2 K ) ， h210 W /( m2 K ) ，冬季内外两侧空气的温度分别为：t f20C ， t f25 C ，试计算墙壁的各项热阻，传热系1数以及热流密度。例 0-2 一冷库外墙的内壁面温度为tw12 C ，库内冷冻物及空气温度均为t f18 C 。已知壁的表面传热系数为h5 W /(m2 K ) ，壁与物体间的系统辐射系数C1、25.1W /(m 2 K 4 ) ，试计

2、算该壁表面每平方米的冷量损失？并对比对流换热与热辐射冷损失的大小？1 / 6313、q 以及它的内外表面温度和。已知： =360mm，室外求房屋外墙的散热热流密度温 度= -10 ， 室 内 温 度=18 ， 墙 的 =0.61W/(m.K), 内 壁 表 面 传 热 系 数h1=87W/(m2.K) ，外壁 h2=124W/(m2.K) 。已知该墙高2.8m，宽 3m，求它的散热量？15、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85，管壁对空气的h=73W/m.，热流通量q =5110W/ m2 。，试确定管壁温度及热流量。2 / 6316、已知两平行平

3、壁，壁温分别为=50，=20 ，辐射系数C1.23.96 ，求每平方米的辐射换热量W/m2 。若增加到 200，辐射换热量变化了多少?3 / 634 / 63第一章导热理论基础 例 1-1 厚度为的无限大平壁， 为常数， 平壁内具有均匀内热源(W/m3) ，平壁 x=0的一侧绝热，x= 的一侧与温度为t f 的流体直接接触进行对流换热，表面传热系数h 是已知的，试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。 例 1-2一半径为R 长度为 l 的导线， 其导热系数为常数。导线的电阻率为( .m2/m) 。导线通过电流I(A) 而均匀发热。 已知空气的温度为，导线与空气之间的表面传热系数为h，试写出这一稳

4、态导热过程的完整数学描述。5 / 632、已知 Low-e 膜玻璃的导热系数为 0.62W/(m.K) 玻璃的导热系数为 0.65W/(m.K) 空气的导热系数为 0.024W/(m.K) 氩气的导热系数为 0.016W/(m.K) 试计算该膜双中空玻璃导热热阻。6 / 636、一厚度为 50mm的无限大平壁，其稳态温度分布为: ta bx 2式中 a=200， b=2000/m 2。若平壁材料导热系数为 45W/m.， 试求： (1)平壁两侧表面处的热流通量； (2)平壁中是否有内热源 ?为什么 ?若有的话，它的强度应是多大?第二章稳态导热 例 2-1 有一锅炉炉墙由三层组成，内层是厚 1

5、=230mm 的耐火砖，导热系数 1=1.10W/(mK) ；外层是 3 =240mm 的红砖层，导热系数 3 =0.58W/(mK) ；两层中间填以 2 =50mm 的水泥珍珠岩制品保温层，导热系数 2 =0.072W/(mK) 。已知炉墙内、外两表面温度 t w1 =500 、 t w2 =50 ，试求通过炉墙的导热热流密度及红砖层的最高温度。7 / 63 例 2-2 一由三层平壁组成的锅炉炉墙，结构与例2-1 相同。但已知边界条件改为第三类，即：炉墙内侧温度=511，烟气侧对流换热的表面传热系数h1=31.1W/(m.K) ；炉墙外厂房空气温度=22，空气侧对流换热的表面传热系数h2=1

6、2.2W/(m.K) 。试求通过该炉墙的热损失和炉墙内、外表面的温度和。 例 2-3 一 炉 渣 混 凝 土 空 心 砌 块 ， 结 构 尺 寸 如 图 所 示 。 炉 渣 混 凝 土 的 导 热 系 数 1=0.79W/(m K) ，空心部分的导热系数 2=0.29W/(m K) 。试计算砌块的导热热阻。8 / 63 例 2-4 外径为 200mm的蒸汽管道，管壁厚8mm，管外包硬质聚氨酯泡沫塑料保温层，导热系数 1=0.022W/(m.K) ，厚40mm。外壳为高密度聚乙烯管，导热系数2=0.3W/(m.K) ，厚5mm。给定第三类边界条件：管内蒸汽温度=300，管内蒸汽与管壁之间对流换热

7、的表面传热系数h1=120W/(m.K) ；周围空气温度=25，管外壳与空气之间的表面传热系数h2=10W/(m.K) 。求单位管长的传热系数、散热量和外壳表面温度。 例 2-5 设管道外径d=15mm，如果用软质泡沫塑料作为保温层是否合适？已知其导热系数=0.034W/(m.K) ，保温层外表面与空气之间的表面传热系数h=10W/(m.K) 。 例 2-6 一铁制的矩形直肋，厚 =5 mm，高 H = 50 mm，宽 L = 1m，材料导热系数 =58 w/mK， 肋表面放热系数 h = 12 w/mK ，肋基的过余温度 o = 80 o C。求肋表面散热量和肋端过余温度。9 / 63 例

8、2-6 如图 2-18 所示的环形肋壁，肋片高度l=19.1mm 、厚度 =1.6mm，肋片是铝制并镶在直径为25.4mm的管子上，铝的导热系数=214W/(m.K) 。已知管表面温度=171.1 ，周围流体温度=21.1 ，肋片表面与周围流体之间的表面传热系数h=141.5W/(m 2.K), 试计算每片肋片的散热量。10 / 63 例 2-8 一传达室小屋， 室内面积为 3mx4m,高度为 2.8m，红砖墙厚度为 240mm，红砖的导热系数为 0.43W/(m.K) 。已知墙内表面温度为 20，外表面温度为 -5 ，试问通过传达室的四周墙壁的散热量为多少？8、某建筑物的混凝土屋顶面积为 2

9、0m2，厚为 140mm，外表面温度为 -15 。已知混凝土的导热系数为 1.28 W/(m.K) ，若通过屋顶的散热量为 5.5x10 3W，试计算屋顶内表面的温度。9、某教室的墙壁是一层厚度为240mm的砖层和一层厚度为20mm的灰泥构成。 现在拟安装空调设备，并在内表面加一层硬泡沫塑料，使导入室内的热量比原来减少80%。已知砖的导热系数 0.7W/(m K) ，灰泥的 0.58W/(m K) ，硬泡沫塑料的0.06W/(m K) ，试求11 / 63加贴硬泡沫塑料层的厚度。16、蒸汽管道的内、外直径分别为 160mm和 170mm，管壁导热系数 =58W/m.，管外覆盖两层保温材料： 第

10、一层厚度 2=30mm，导热系数 20.093W/m. ； 第二层 3=40mm，导热系数 3 0.17W/m. ，蒸汽管的内表面温度=300。保温层外表而温度=50，试求： (1) 各层热阻，并比较其大小，(2) 每米长蒸汽管的热损失，(3) 各层之间的接触面温度和。19、一外径为 100mm，内径为 85mm的蒸汽管道，管材的导热系数为 40W/(m K)，其内表面温 度为 180，若采用 0.053W/(m K)的保温材料进行保温，并要求保温层外表面温度不高于40，蒸汽管允许的热损失=52.3 W/m 。问保温材料层厚度应为多少？12 / 6323、 一直径为 d, 长度为 l 的细长圆

11、杆 , 两端分别与温度为t1和 t2的表面紧密接触 , 杆的侧面与周围流体间有对流换热, 已知流体的温度为, 而t1或 t2,杆侧面与流体间的表面传热系数为 h, 杆材料的导热系数为 , 试写出表示细长杆内温度场的完整数学描述, 并求解其温度分布。24、一铝制等截面直肋，肋高为25mm，肋厚为3mm，铝材的导热系数为140W/(m K) ，周围空气与肋表面的表面传热系数为h 752w/(m2. k)。已知肋基温度为80和空气温度为 30，假定肋端的散热可以忽略不计，试计算肋片内的温度分布和每片肋片的散热量。13 / 6327、一肋片厚度为 3mm，长度为 16mm，是计算等截面直肋的效率。 （

12、 1）铝材料肋片，其导热系数为 140W/(m K), 对流换热系数 h=80W/(m2K); （ 2）钢材料肋片， 其导热系数为 40W/(m K), 对流换热系数 h=125W/(m2 K)。14 / 63第三章非稳态导热 例3-1一 无 限 大 平 壁 厚 度 为0.5m ，已 知 平 壁 的 热 物 性 参 数=0.815W/(m k),c=0.839kJ/(kg.k),=1500kg/m3,壁内温度初始时均为一致为18oC，给定第三类边界条件：壁两侧流体温度为8 oC，流体与壁面之间的表面传热系数h=8.15w/ （ m2.K ），试求 6h 后平壁中心及表面的温度。 例 3-2 已

13、知条件同例3-1 ，试求 24h 及三昼夜后，平壁中心及表面的温度；并求24h 中每平方米平壁表面放出的热量。 例 3-3一道用砖砌成的火墙, 已知砖的密度=1925kg/m3，比定压容=0.835kJ/(kg. ) ，导热系数 =0.72 W/(m. ) 。突然以110的温度加于墙的一侧。如果在5h 内火墙另一侧的温度几乎不发生变化，试问此墙的厚度至少为多少？若改用耐火砖砌火墙，耐火砖的密度=2640 kg/m3，比定压容=0.96kJ/(kg. ) ，导热系数 =1.0 W/(m. ) ，这时此墙的厚度15 / 63至少为多少？ 例 3-4应用恒定作用的热源法测定建筑材料的热扩散率。采用5

14、10 m厚的鏮铜箔作为平面热源，已知初始温度=18，通电加热 360s 后，测量得到 x=0 处的温度 t=31.1 ，x=20mm处的温度=20.64 ，试计算该材料的热扩散率。 例 3-5有一直径为0.3m、长度为 0.6m 的钢圆柱，初始温度为20，放入炉温为1020 的炉内加热，已知钢的导热系数30W/(mK)，热扩散率a 6.25 10-6m2/s ，钢柱表面与炉内介质之间的总换热系数h=200w/(m2K) ，试求加热1h 时后，如图所示钢柱表面和中心点 1、 2、 3 和 4 的温度以及加热过程中吸收的热量。16 / 638、一钢板厚度为3mm,面积为 1 1 , 初始温度均匀为

15、300 , 放置于 20的空气中冷却。已知钢板的导热系数为=48.5W/(m k), 热扩散率a=12.7 10-6 /s, 板与空气之间的表面传热系数h=39 W/(m2.K) ，问需要多长时间钢板才能降低至50。17 / 639、一不锈钢板厚度为0.15m，初始温度为20，放置在温度为1200的炉内加热，已知不锈钢热扩散率为3.95 s，钢板在炉内的表面传热系数为250W( .K) ，试求钢板加热到800时所需时间。10、将初始温度为80，直径为20mm的铜棒突然置于温度为20、流速为12m/s的风道中， 5min 后铜棒温度降低到34。计算气体与铜棒的换热系数？已知：铜棒 = 8954

16、kgm3 , c = 383.1 J (kg .), = 386W (m. )18 / 6311、有两块同样材料的平壁A 和 B，已知 A的厚度为B 的两倍， 两平壁从同一高温炉中取出置于冷流体中淬火，流体与平壁表面的表面传热系数近似认为是无限大。已知 B 平壁中心点的过余温度下降到初始过余温度的一半需要12min ，问平壁A 达到同样的温度需要多少时间？13、一加热炉炉底是40mm的耐火材料砌成，它的导温系数为5 10 7m2/s，导热系数为4.0W/m. ，炉子从室温25开始点火，炉内很快形成稳态的1260的高温气体，气体与炉底表面间换热系数为40W/m.，问达到正常运行要求炉底壁表面温度

17、为1000，试确定从点火到正常运行要求所需时间。19 / 63第四章导热数值解法基础 例 4-1设有一矩形薄板, 参看图 4-4 ，已知 a=2b, 在边界x=0 和 y=0 处是绝热的，在x=a处给出第三类边界条件，即给定h 和，而边界 y=b 处给出第一类边界条件，即温度为已知 t=。试写出各节点的离散方程。 例 4-2 一矩形薄板，节点布置参看图4-5 ，薄板左侧边界给定温度200，其他三个界面给定温度为50，求各节点温度。20 / 63 例4-3一半无限大物体, 初始时各处温度均匀一致并等于0 ，物体的热扩散率a=0.6xm2/s, 已知物体表面温度随时间直线变化，=0.25 ，试用显

18、式格式计算过程开始后10min 时半无限大物体内的温度分布。 例 4-4 一厚度为0.06m 的无限大平壁, 初始温度为 20，给定壁两侧的对流换热边界条件：流体温度为 150，表面传热系数 h=24W/(m2.K) 。已知平壁的导热系数 =0.24 W/(m.K) ，热扩散率 a=0.147xm2/s ，试计算2min 后，无限大平壁内各节点的温度。21 / 63 例 4-5一厚度为 0.1m 的无限大平壁，两侧均为对流换热边界条件，初始时两侧流体温度与壁内温度一致 tf1=tf2=t0=5 ；已知两侧对流换热系数分别为h1=11 W/（m2K）、h2=23W/（m2K） ,壁材料的导热系数

19、=0.43W/ （ mK），导温系数 a=0.343710 -6 m2/s。如果一侧的环境温度tf1 突然升高为50并维持不变，计算在其它参数不变的条件下，平壁内温度分布及两侧壁面热流密度随时间的变化规律，一直计算到新的稳态传热过程为止。22 / 63第五章对流换热分析 例 5-120的水以1.32m/s 的速度外掠长250mm的平板，壁温tW 60。（1）求 x 250mm处下列各项局部值：, t,Cf,x,hx，并计算全板长的平均传热系数h，全板换热量。 （ W:板宽为 1m）（2）沿板长方向计算； h；的变化，并绘制曲线显示参数的变化趋势。23 / 63 例 5-220 空气在常压下以3

20、3.9m/s 速度外掠长250mm的平板，壁温=60。（1）求 x=250mm处下列各项局部值：；h；计算全板的换热量（ W，板宽为 1m）；（2）沿板长方向计算； h；随 x 的变化，并绘制曲线显示参数的变化趋势。 例 5-3 常压下 20的空气以33.9m/s 外掠壁温为60的平板，板长为1.5m，求该板的平均表面传热系数及换热量（板宽按1m计算）。24 / 63 例 5-4 计算上例的局部及平均表面传热系数沿板长的变化，并绘成图。12、 20的水以1.5m/s 的速度外掠平板，按积分方程解求离前缘150mm处的边界层厚度。13、由微分方程解求外掠平板， 离前缘 150mm处的流动边界层及

21、热边界层度， 已知边界平均温度为 60，速度为 u =0.9m/s 。25 / 6318、空气以10m/s 速度外掠 0.8m 长平板，=80，=30，计算该板在临界Re 下的，全板平均表面传热系数以及换热量（板宽为1m，已知 R=5x）19、与上题同样换热参数，但流体为水，试与上题作比较。26 / 6323、已知某对流换热过程的热边界层温度场可表达为t=a-by+c，壁温为，主流温度为，试求它的表面传热系数。26、温度 =80的空气外掠 =30的平板，已知=124.4，试求该平板长为0.3m ，宽 0.5m 时的换热量 ( 仍不计宽度的影响 )?27 / 6331、煤气以平均流速=20m/s

22、 流过内径d=16.9mm,长 l=2m 的管子，由于不知道它的表面传热系数，今用实测得管两端煤气的压降p 为 35N/m 2 , 试问能否确定此煤气与管壁的平均 传 热 系 数 ？ 已 知 该 煤 气 的物 性 是 ： =0.3335kg/m3,=4.198kJ/(mg.k),=47.38 m 2 /s, =0.191W/(m.K). 管内流动摩擦系数f 的定义式是： p=f , 又已知：St.P=( 管内流动两传类比率) 。第六章单相流体对流换热 例6-1 一台管壳式蒸汽热水器，水在管内流速, 全管水的平均温度，=90，管壁温度=115，管长1.5m，管内径d=17mm，试计算它的表面传热

23、系数。28 / 63 例6-2某 厂 燃 气 空 气 加 热 器 , 已 知 管 内 径d=0.051m ， 每 根 管 内 空 气 质 流 量M=0.0417kg/s ，管长 l=2.6m ，空气进口温度 =30，壁温保持 =250，试计算该加热器管内表面传热系数。 例 6-3某换热设备管子长l=2m, 内径 d=0.014mm，生产过程中壁温保持=78.6 ，进口水温=22.1 ，问管内水的平均流速为若干 m/s 时，其出口水温达到 50？并确定此时的表面传热系数？29 / 63 例 6-4 某厂在改进换热器时，把圆管改制成椭圆形断面管（设改制后周长不变）。已知椭圆管内的长半a=0.02m

24、，短半轴 b=0.012m，试计算在同样流量及物性条件下，椭圆管与圆管相比，其管断面积，当量直径，流速，Re， Nu， h 及压降等的变化比。 例 6-5 水以 1.5m/s的速度流过d=25mm，l=5m， p=5.6kPa 的管子，管壁=90，进出口水温分别为25和 50，试从类比律计算表面传热系数，并与按光滑管计算的结果比较。 例 6-6空气横掠叉排管束，管外经d = 25mm,管长 l = 1.5m ，每排有20 根管子，共有 5排，叉排S1 =50mm、 S2 = 37mm。已知管壁温度为t w=110，空气进口温度为t f15 C ，空气流量求空气流过管束加热器的表面换热系数。30

25、 / 63 例 6-7 试求新型竖直管束（采用外径d=30mm的管材）暖气散热器自然对流表面传热系数，已知管长H=1800mm，表面温度=86，室温18。 例 6-8 以常热流加热的竖直平壁，热流通量q=255W/, 外界空气温度为20，壁高 0.5m。若不计表面辐射，试计算该壁自然对流平均表面传热系数。31 / 63 例 6-9 计算竖壁封闭空气夹层的当量表面传热系数随夹层厚度的变化，设夹层两侧表面温度分别为=20，=0，夹层高H=1m，计算厚度从360mm。16、进口温度为 10，质流量为 0.045kg/s 的空气在直径 51mm，长 2m的管内被加热，壁温保持 200，试用式（ 6 4

26、）计算它的表面传热系数和出口温度。32 / 631 23、空气在管内受迫对流换热，已知管径d=51mm，管长l=2.6m ，空气质流量M0.0417kg/s ，进口温度t f 30，管壁的热流密度q=12120W/ , 求该管的平均表面传热系数h，空气在管子进口和出口端的表面传热系数h ， h ，出口温度tf ，管壁进口和出口端的壁温t w, tw。28、空气以 0.0125kg/s流量流过直径50mm， 长为 6m的圆管，温度由23.5 加热到62，试求在常壁温换热条件下管壁温度t w，表面传热系数h 及换热量。（建议用式（6 5）计算表面传热系数）33、空气横向掠过单管，管外径 12mm，

27、管外最大流速u=14m/s，空气温度t f 30.1 ,壁温t w12。求空气的表面传热系数。33 / 6335、水横向掠过5 排叉排管束，管束中最窄截面处流速u=4.87m/s ， 平均温度t f =20.2 ，s1s21.25壁温 t w=25.2 ， 管间距 dd， d = 19 mm,求水的表面传热系数。44、顶棚表面温度13 ，室内温度25，顶棚 4m 5m,试求自然对流换热量及其表面传热系数。34 / 6345、倾斜放置，温度为45的 1m 1m 平板 , 热面朝上接受辐射热300W/ m2，辐射热被全部吸收，然后以自然对流方式散出，环境温度为0，板背面绝热。试求稳态时，该板平均温

28、度能达到的最大值。2 52、某建筑物墙壁内空气夹层厚=75mm，高 2.5mm，两侧壁温分别为t w1=15，t w2=5，求它的当量表面传热系数及每平方米通过夹层的热量。35 / 63第七章凝结与沸腾换热 例 7-1一台卧式蒸汽热水器, 黄铜管外径d=126mm,表面温度=60，水蒸气饱和温度=140，热水器垂直列上共有12 根管，求凝结表面传热系数。 例 7-2 外径50mm管子垂直放置，=120的干饱和水蒸气在管外凝结，管长l=3m ，36 / 63=100，试求凝液膜液态转变为紊流时的高度及该管全长平均表面传热系数。 例 7-3 试用能量守恒原理论证式（7-9 ） , 推导时按线性温度分布考虑液膜的过冷度。 例 7-4 一横放的实验用不锈钢电加热蒸汽发生器，水在电热器管外大空间沸腾，绝对压强为 1.96x Pa，已知电功率为 5kW，管外径 16mm，总长 3.2m ，求表面沸腾表面传热系数，并检验它的壁温。37 / 63 例 7-5 在 1.013xPa 绝对压强下， 纯水在=117抛光铜质加热面上进行大空间泡态沸腾，试求q 及 h。38 / 63第八章热辐射的基本定律