传热学第五版完整版答案

1、传热学第五版完整版答案 1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？ 答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到： a、地面向冰雹导热所得热量；b、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量；c、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。 2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？ 答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热

2、，空气把热量传给露水。 4.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。 答：暖气片内的蒸汽或热水辐射对流换热导热辐射对流换热和对流换热和辐射对流换热辐射墙壁人体 对流换热和电热暖气片：电加热后的油辐射导热对流换热和辐射 辐射红外电热器：红外电热元件电热暖机：电加热器辐射墙壁辐射人体 对流换热和辐射对流换热和辐射 冷暖两用空调机（供热时）：加热风太阳照射：阳光辐射对流换热和辐射人体 5自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸 1 腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？ 答：加热：用

3、炭火对锅进行加热辐射换热 冷却：烙铁在水中冷却对流换热和辐射换热 凝固：冬天湖水结冰对流换热和辐射换热 沸腾：水在容器中沸腾对流换热和辐射换热 升华：结冰的衣物变干对流换热和辐射换热 冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝对流换热和导热 融熔：冰在空气中熔化对流换热和辐射换热 5.夏季在维持20的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？ 答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。挂上窗帘布后，辐射减弱，所以感觉暖和。

4、 6.“热对流”和“对流换热”是否同一现象？试以实例说明。对流换热是否为基本传热方式？ 答：热对流和对流换热不是同一现象。流体与固体壁直接接触时的换热过程为对流换热，两种温度不同的流体相混合的换热过程为热对流，对流换热不是基本传热方式，因为其中既有热对流，亦有导热过程。 9.一般保温瓶胆为真空玻璃夹层，夹层内两侧镀银，为什么它能较长时间地保持热水的温度？并分析热水的热量是如何通过胆壁传到外界 2 的？什么情况下保温性能会变得很差？ 答：镀银减弱了水与内壁的辐射换热，而真空夹层阻止了空气与壁之间的对流换热，两层玻璃之间只有辐射换热，外层的镀银则减弱了外壁与外界之间的辐射作用。如果真空中渗入空气，

5、则保温性能将变得很差。 热水对流换热内壁辐射外壁对流换热 8.面积为12m2的壁的总导热热阻与它单位面积上的份上热阻r之比为多少？ 答：r=r/12 9.利用式（0-1）分析，在什么条件下图0-2中平壁内的温度呈直线关系变化？什么条件下将呈曲线关系变化？ 答：当与温度无关时，平壁中的温度呈直线关系变化；当与温度有关时，平壁中的温度呈曲线变化。 10.一燃气加热炉，炉子内壁为耐火砖，外壁为普通红砖，两种砖之间有的填充保温材料，而有的则为空气夹层，试分析这两种情况下由炉内到炉外环境的散热过程？如果是空气夹层，空气层的厚度对炉壁的保温性能是否会有影响？ 答：中间为保温材料的过程：两壁与外界环境之间为

6、对流和辐射换热，两壁与保温材料之间均为导热；如果是空气夹层，则夹层中为对流换热，空气层的厚度与保温性能无关，因为对流换热与厚度无关。 第一章 导热理论基础 1.按20时，铜、碳钢（1.5%c）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠 3 岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 答：铜>铝>黄铜>碳钢； 隔热保温材料导热系数最大值为0.12w/（m?k） 膨胀珍珠岩散料：25 60-300kg/m3 0.021-0.062 w/（m?k） 矿渣棉： 30 207 kg/m3 0.058 w/（m?k） 软泡沫塑料： 30

7、41-162 kg/m3 0.043-0.056 w/（m?k） 2已知：1=0.62wm?k)、2=0.65wm?k)、3=0.024wm?k)、4=0.016wm?k) 求：r 、r 解：r = 1?224?2?4?259?2?-3m2?k += +?10=1.146?124?0.620.650.016? 23?2?56?2r=+= +?=0.265m?k/w 23?0.650.024? 由计算可知，双low-e膜双真空玻璃的导热热阻高于中空玻璃，也就是说双low-e膜双真空玻璃的保温性能要优于中空玻璃。 3. 一建筑物玻璃窗尺寸为1m*1.2m，已知其内表面温度为20c，外表面温度为5，

8、玻璃的导热系数为0.65w/(m.k)，试求通过玻璃的散热量损失。若改用双low-e膜双中空玻璃，其散热量损失为多少？ 解：根据傅里叶公式： q=ak(t2-t1)/l=1.2x0.65（20-5）/0.005=234w 4.推导导热微分方程式的已知前提条件是什么？ 答：导热物体为各向同性材料。 4 5. ?t52=2000k/m , q=-210(w/m). ?x ?t(2) =-2000k/m, q=2105(w/m2). ?x(1) 6. (1)qx=0=0, qx=9?103w/m2 (2) q=1.8?105 w/m3 5.已知物体的热物性参数是、和c，无内热源，试推导圆柱坐标系的导

9、热微分方程式。 ?t1?t1?2t?2t=a(r)+22+2 答：?r?r?rr?z 6.已知物体的热物性参数是、和c，无内热源，试推导球坐标系的导热微分方程式。 ?t1?2?t1?t1?2t)+2(sin)+22答：=a2(r2 ?r?r?rrsin?rsin? 9.一半径为的实心球，初始温度均匀并等于t0，突然将其放入一温 度恒定并等于tf的液体槽内冷却。已知球的热物性参数是、和c， 球壁表面的表面传热系数为h，试写出描写球体冷却过程的完整数学描述。 5 答：?t1?2?t=2(r),>0,0<r<r?cr?r?r=0,0rr,t=t0 >0,r=r,- r=0,d

10、t=0 dr?t?r =h(tr=r-tf)r=r 10.从宇宙飞船伸出一根细长散热棒，以辐射换热将热量散发到外部空间去，已知棒的发射率（黑度）为，导热系数为，棒的长度为l，横截面面积为f，截面周长为，棒根部温度为0。外部空间是绝对 零度的黑体，试写出描写棒温度分布的导热微分方程式和相应的边界条件。 ?2tb(t+273)4u=0 答：2-f?x x=0 , t+273=t0 ?tx= ,-?x x= =b(t1+273)4 第二章 稳态导热 1.为什么多层平壁中温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折线？ 6 答：因为不同材料的平壁导热系数不同。 2.导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热过

11、程，若平壁两侧都给定第二类边界条件，问能否惟一地确定平壁中的温度分布？为什么？ ?t答：不能。因为在导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热中为?x 常数，q为定值，由q=-?tq求解得t=-x+c常数c无法确定，所以?x 不能惟一地确定平壁中的温度分布。 3.导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热过程，试问（1）若平壁两侧给定第一类边界条件tw1和tw2，为什么这一导热过程的温度分布与平壁的材料无关？为什么？（2）相同的平壁厚度，不同的平壁材料，仍给定第一类边界条件，热流密度是否相同。 tw1-tw2dt=c=-答：（1）因为在该导热过程中 dx （2）不相同。因为q=-?t?t，为定值，而不

12、同，则q随之而变。 ?x?x 4.如果圆筒壁外表面温度较内表面温度高，这时壁内温度分布曲线的情形如何？ d d1t=t-(t-t)(t<t)w1w1w2答：圆筒壁内的温度分布曲线为d2w1w2 lnd1ln 5.参看图2-19，已知球壁导热系数为常数，内外表面分别保持tw1和tw2，度推导空心球壁导热量计算公式和球壁的导热热阻。 7 21?2?t1?t2?t?t=2(r)=2(2r+r)=02r?r?rr?r?r答：球体的 ?t?2t2+r2=0?r?r2 当r=r1时，t=tw1 r=r2时，t=tw2 当 dt1=2drc1r 对上式进行求解得tw1=- 1+c2c1r1 ? 1t=

13、-+c2c1rtw21=-+c2c1r2c1=11-r2r1 tw1-tw2 tw1-tw2c2=tw1+r1-1r2 tw1-tw2tw1-tw2t=-+tw1+所以球体的温度分布为 -1r2r1r2 球体的导热量计算公式为q=aq=4 r2q,且 tw1-tw2dt1q=-=-2=-2rr2drc1r-r2r1 tw1-tw2144(tw1-tw2)2q=-2.4r=-=11111c1rc1-(-)r1r2r1r24 tw1-tw2111空心球壁的导热量为111，导热热阻为(-)r1r24(-)r1r24 8 6.同上题，若已知边界条件改为第三类边界条件，即已知tf1,h1和tf2,h2

14、试推导通过空心球壁传热量的计算公式和球壁的传热热阻。 q=4r12h1(tw1-tf1) tf1-tf2 q=4rh(tw2-tf2)?q= 11111 答： (-2+2)4r1r2r1h1r2h2 222 q= tw1-tw2111(-)r1r24 11111(-+) 传热热阻为224r1r2r1h1r2h27答：通过砖墙总散热：=672（w） 8答：内表面温度tw1=1.5 9.解：设两种情况下的内外面墙壁温度tw1和tw2保持不变,且tw1>tw2 由题意知： q1= tw1-tw2 1 2 2 33 12 +12 q2= tw1 11 22 tw2 1 tw1-tw2 123 +

15、123 再由： q2=0.2q1，有 123 +123 tw1-tw2 =0.2 tw1-tw2 12 +12 得： 3=43(1+ 224020 )=4?0.06?(+)=90.6mm 120.70.58 10.答：保温层厚度0.147（m）=147(mm) 9 11.答：红砖层厚度应改为500（mm） 12.答：该双层玻璃窗的热损失41.66（w） 单层玻璃;其它条件不变时热损失2682.68（w） 13答：第一层占总热阻比：22.2% 第二层占总热阻比：51.9% 第三层占总热阻比：25.9% 14答：表面传热系数 k=30.23 w/（m2k） 热流通量q=5687.2 w/m2 15

16、.方案（1）k=29.96 w/（m2k） 方案（2）k=29.99 w/（m2k） 方案（3）k=37.4 w/（m2k） 16答：取修正系数?=0.96 单位面积导热阻：0.204（m2k）/w 16.已知：d1=160mm,d2=170mm,1=58w/(m?k)2=30mm,2=0.093w/(m?k) 3=40mm,3=0.17w/(m?k),tw1=300，tw4=50 求：1）r1,r2,r3; 2) ql: 3) tw2,tw3. 解： 4 ， 1）r1= r2= r3=1 23ln121122lnd21170=ln=1.664?10-4(m?k)/w d12?58160d2+

17、221170+60=ln=0.517(m?k)/w d22?0.093170lnd2+22+231170+60+80=ln=0.279(m?k)/w d2+222?0.17170+60 r1 2) ql=r3<r2 ?t?t300-50=314.1w/m rir2+r30.517+0.279 tw1-tw2 得 r1 3）由 ql= tw2=tw1-qlr1=300-314.1?1.664?10-4=299.95 同理： tw3=tw4+qlr3=50+314.1?0.279=137.63 18.解：调换比调换前减少13.41 % 19电流是6.935（a） 19.已知：d1=85mm,

18、d2=100mm,1=40w/(m?k),tw1=180 2=0.053w/(m?k),tw340ql=52.3w/m ，r1 tw1tw2d2 r2tw3d2+2 求：2 解： ql=?t=r1+r2tw1-tw3 d2d2+2211ln+ln21d122d22122 整理得： 11 2180-401100)2?0.053(-ln)d222(ql-21lnd110052.32?4085 2=(e-1)=?(e-1)=72mm 22?t1d 或：r2r1,故有 ql=?t=r2tw1-tw3 22ln22d2 d ? 2=2(e222?tql-1)=72mm 21解：取保温材料外表面温度为室温

19、25时，蒸发量m=1.85 kg/h 22.解：有， dc=42 h2 23根据现有知识，试对肋壁可以使传热增强的道理作一初步分析。 答：肋壁加大了表面积，降低了对流换热的热阻，直到了增强传热的作用。 24.一直径为d，长度为l的细长圆杆，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tf，而tf<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。 答：把细长圆杆看作肋片来对待，那么单位时间单位体积的对流散热h(t-tf)ddx4h(t-tf)=-量就是内热源强度。qv=

20、- d2d()dx2 d2t4h-(t-tf)=0 0<x<l 2dxd x=0 t=t1 x=l t=t2 12 d2t4hd2t(t-tf)=0可化为2=m2(t-tf) 令m=，则2-dxddxd2肋的过余温度为=t-tf，则1=t1-tf，2=t2-tf，2=m2 dx =c1exp(mx)+c2exp(-mx) 根据边界条件，求得：c1=2-1exp(-ml) exp(ml)-exp(-ml) c2=1exp(ml)-2 exp(ml)-exp(-ml) 所以该杆长的温度分布为： =-exp(-ml) exp(ml)-exp(-ml)exp(mx)+exp(ml)-exp

21、(ml)-exp(-ml)exp(-mx) 25.解：温度=44.88ch0.472-18.9x 散热量=321.33(w) 25.已知：=15mm,l=20mm,=48.5w/(m?k),tl=84，t0=40 h=20w/(m2?k) 求：?t 解： ml= l=0.122 0 ch(ml)?t0-tf tl-tf=ch(ml) tf=tlch(ml)-t084ch(2)-40=99.93 ch(ml)-1ch(2)-1 ch(2)=3.7622 ?t=tf-tl tf?100%=99.93-84?100%=15.9%27.解：材料改变后，测出99.93 tl=99.85% 误差：100-

22、99.85=0.15 13 26.已知：=0.8mm,l=160mm,t0=60，=16.3w/(m?k)，其他条件同25题 求：?t 解： ml= tf=160=6.27 tlch(ml)-t084ch(6.27)-60=84.09 ch(ml)-1ch(6.27)-1 ch(6.27)=264.24 ?t=tf-tl tf?100%=84.09-84?100%=0.11% 84.09 28.已知：d1=77mm,d2=140mm,=4mm,p=25mm,=50w/(m?k) h=60w/(m2?k),t0=320，tf=75 求：ql 解： l=(d2-d1)=31.5 lc=l+=33.

23、5 212 r2c=r1+lc=72 f=(r2c-r1)=4?10-3?(72-38.5)?10-3=1.34? 10-4m2 lc ?=(33.5?10?f? 32?2h?123-32)2?60?=0.821 -4?50?1.34?10?12r2c72=2.15 r133.514 查图得： f=0.7 8 每片肋片的散热量为q1 q1=fq0=fhf(t0-tf) =2(r22c-r12)fh(t0-tf) =2(722-38.52)?10-6?0.78?60?(320-75)=266.7w 每米肋片管的散热量为： ql=nq1+(n-1)q2 n= =41?266.7+40?1.48=1

24、1kw q2为两肋片间的表面的散热量 q2=d1p(t0-tf) =?77?10-3?25?10-3?(320-75)=1.48w 28答：（1）铝材料f=0.961 (2) 钢材f=0.853 29答：总散热量包括肋表面管壁面散热之和：11.885kw 31.答：散热量：484.29（w/m） 32.答：h3，=154.21(w) 34.答：接触面上温差51.4 15 1000+1=41片/米 25 第三章 非稳态导热 1.何谓正常情况阶段，这一阶段的特点是什么？ 答：正常情况阶段：物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律，该阶段为物体加热或冷却过程中温度分布变化的第二阶段。 2.何谓集总

25、参数分析，应用这种方法的条件是什么？应怎样选择定型尺寸？ 答：当bi<0.1时，可以近似地认为物体的温度是均匀的，这种忽略物体内部导热热阻，认为物体温度均匀一致的分析方法称为集总参数法。 给出任意形态的物体，由于它的导热系数很大，或者它的尺寸很小，或者它的表面与周围流体间的表面传热系数很小，因此物体的bi准则小于0.1，可以采用集总参数法。 3. 试举例说明温度波的衰减和延迟性质。 16 答：综合温度的振幅为37.1，屋顶外表面温度振幅为28.6，内表面温度振幅为4.9，振幅是逐层减小的，这种现象称为温度波的衰减。 不同地点，温度最大值出现的时间是不同的，综合温度最大值出现时间为中午12

26、点，而屋顶外表面最大值出现时间为12点半，内表面最大值出现时间将近16点，这种最大值出现时间逐层推迟的现象叫做时间延迟。 4.用不锈钢作底板的家用电熨斗初始时处于室温tf。当开关接通后， 电热器在底板内以qv/m3的强度发热。不锈钢的热物性参数、和 c均为已知，不锈钢的体积为，暴露于空气中的表面面积为，该表面与空气之间的表面传热系数为h，试用集总参数法分析电熨斗底板温度变化t(). 答：根据物体热平衡方程式得， ?=vqv-ha? qvvha()=+cexp()hacvcv qvv又当=0时，（0）=0，c=ha 所以，()= qvvha1+exp(-) hacv r=0.0253m 5.该热

27、电偶外形为球形，定性尺寸l= c1=1.52 s c2=0.7 s 17 6.l=0.000716(mm)2?0.003?0.016+?0.003 ?0.0032?0.016 c=cv a=cl n=111.56s 7.此答案取热电偶球形直径d=0.5mm,则=14.43 s t=119.05 8.=426(s) 9. 10.h=83.2 w/(m2k) 11=48min 12. =6(h) 13. 14.0=-12-22=34 =12-22=-10 =-c ha h =-l?=-1.1 7.5?10-7?1?10?4? n ?34? 0h? =448717(s) 15.=5.97(h) 16

28、.10分钟后棒中心及表面均为油温tm=tw300c i=1043 kj 17. 18.tw=30.85 tx=0.1=21.53 21.=2.32h 22. 23.砖墙x=0.618 m 18 =71 s, 木墙x=0.25 m 24.x=0.1m tmin=-1.883 =2.1h x=0.5 m,tmin=0.681 =10.5h 第五章 对流换热分析 1. 影响对流换热的因素有流体种类、速度、物理性质、表面温度、环境温度、形状、尺寸、位置、表面状况.等等，试以你的感性认识举例说明这些因素的存在。 答：日常生活中，蒸汽换热与水换热，其种类不同，物理性质也不同，则换热效果也明显不同。 在晴朗

29、无风的天气里与有风的天气里晒衣服，其流体速度不同，衣服晒干的时间也是不同的，说明换热效果有不同。 一杯水放在空气装配能够与放在冰箱里，环境温度不同，其换热效果有是不同的。 板式换热器与肋片式换热器形状不同，定性尺寸也不同，换热效果也不同。 粗糙管与光滑管的换热效果也是不一样的。 19 换热器放在窗下面与放在墙角换热效果是不一样的。 2.试设想用什么方法可以实现物体表面温度恒定、表面热流恒定的边界条件？ 答：加热水使其在沸腾状态，放一物体在沸腾水中，此状况下物体表面温度可认为是恒定的。将一物体外层包裹一层绝热材料，再将物体连入一恒定电流的加热器中，则其物体可认为是表面热流恒定。 3.试就自然界和

30、日常生活中的对流换热现象举例，说明哪些现象可以作为常壁温或者常热流边界条件来处理？哪些现象可以近似地按常壁温或常热流处理？ 答：在冰箱内层结了一层冰，与冰箱内物体换热，此时，冰箱内壁是常壁温的。电炉加热可视为常热流。水壶烧开水，可近似认为是恒热流的加热方式。暖壶装满热水内壁可近似认为是常壁温的。 5. 沸腾水与常温水的温度有没有数量级差别？如果厚度相比是否可以认为是1与之比？ 答：沸腾水与常温水的温度没有数量级差别。如果流体外掠长度只有1mm的平板，那么它的板长与边界厚度相比是可以认为是1与之比。 6.对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式两者有什么不同之处？ 答：对流换热过程

31、微分方程式：hx=-l t()w,x dtx y 导热过程的第三类边界条件表达式为： h（ts- tf）=- l(?t)s ?n 20 式中为x点贴壁处流体的温度梯度，k/m。由近壁面的温度场确定， l为流体的导热系数，qx为对流换热量，是随着x的变化而变化的， 而中是确定的。式中的l是传热体的导热系数，由传热材料决定。 7.流体外掠平板，在温度条件不变的情况下，主流速度增加时，它的局部和平均表面传热系数都增加，试从换热原理进行分解释。 答：主流速度增加时，速度边界层厚度减小，在温度条件不变时即使温度条件不变，热边界层厚度减小，增加了边界层内的温度梯度，从而局部和平均表面传热系数都增加。 8在

32、相同温度及速度条件下，不同pr流体外掠平板时的温度及速度边界层厚度、速度及温度梯度及平均表面传热系数等有何差异？ 答：pr大的流体，温度边界层厚度小于速度边界层厚度，温度梯度速度大于速度梯度，则平均表面传热系数将较大。 10.导出外掠平板层流边界层在距前缘距离内的平均厚度表达式。 解：由外掠平板流动的动量微分方程 抖uu 2uu+v=n2抖xy y 由于uu￥,xx,y d,而由连续性方程 抖uv+=0抖xy uuv.可知vd，因此，动量微分方程式中各项的数量级如下：xdx 抖uu 2uu+v =n2抖xy y uuuuu￥d，n2.在边界层内，粘性力项与惯性力项具有相同数量级，xxdd u2

33、ud2即 n2 即2n/u￥xxdx d所以 x 21 11. 为什么pr1时，则t，试分析在t>区域内的流动及换热的机制。 1-t答：由公式pr3,pr<<1,t>>， 此时在边界层内热量扩散强度远大于动量扩散。 12=1.47?10-3m 13t=9.78?10-4m 14.局部表面传热系数：hx=0.1m=2273.2 w/(m2k) hx=0.2m=1608.2 w/(mk) hx=0.3m=1312 w/(mk) 22 hx=0.45m=1071.2 w/(mk) 2 平均表面 h =2142.4 w/(m2k) 15.max=2.54?10-3m y2

34、y4x16.=0.376-0.23 注：=4.64 uxux 17.max=1.3?10-3m/s 18.xc=0.923 m 全板长为层流： h=13.9 w/(m2.k) =556(w) 19.xc=0.026 m 紊流换热系数关联式：h=24289 w/(m2k) (w) =971577 20.xc=8.265m,全板长流动层流 22 h=325.5 w/（m2k），=0231 21=3.46x u(w) 4 51322.nux=0.02872repr 23.h=-b = ?t?dy?wtw-tf?dt? 5-24 由边界层能量微分方程式直接导出能量积分方程式。 解：常物性不可压缩流体，

35、忽略粘性耗散，二维的边界层能量微分方程表示为： 23 抖tt 2tu+u=a2抖xy y 同样，上式在y方向上对整个温度边界层厚度积分，得 抖tudy+蝌0抖xdtdt 0dt 2ttudy=a 20 yy 进一步可写为 ddtutdy-蝌dx0dt0抖udttdy+ut0-抖x dt 0u ttdy=-ay yy=0 由连续性方程知 dt u抖uu=-，uy=dt=-dy,代入上式得：0 x抖yx dt抖dtudt抖ddtuututdy-蝌tdy-t￥dy+ tdy=-a00抖0dx0?xxx yddt?t整理得（ut?-t)dy=ay0dx0?y 取过余温度q=t-tw,上式变为: ddt

36、?q（uq?-q)dy=adx0?y 225.=2(tw-tf)? r0+y=0y0即此为边界层能量积分方程。2a ?2b+2?n? 0n+2? 26. q=120.5w 27. h=104 w/(m2k) 28. h2=8.24 w/(m2k) 29.=296.8w 24 30.使g1 d1g2 d2 31. h=31.4 w/(m2k) 25 第六章 单相流体对流换热及准则关联式 1.试定性分析下列问题： （1）夏季与冬季顶棚内壁的表面传热系数是否一样？ （2）夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数是否相同？ （3）普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是否有影响？ （4）从

37、传热观点看，为什么散热器一般都放在窗户的下面？ （5）相同流速或者相同的流量情况下，大管和小管（管内或管外）的表面传热系数会有什么变化？ 答：（1）夏季与冬季顶棚内壁的表面传热系数是不一样的。因为夏季与冬季顶棚内壁与室内的空气温度的温差是不一样的。 （2）同（1）夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数也是不一样的。 （3）普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是有影响的。因为他们的定性尺寸是不一样的。 （4）因为窗户附近负荷大，散热器放在窗户的下面可以在窗户附近形成一热幕，使冷负荷尽可能少的进入房间。这样使室内温度更均匀。 （5）相同流速或者相同的流量情况下，大管的对流传热系数小

38、，小管的对流传热系数较大些。 2.传热学通常把“管内流动”称为内部流动，将“外掠平板，外掠圆管”等称为外部流动，请说明它们的流动机制有什么差别。这些对流换热问题的数学描写有什么不同？ 26 答：管内流动对流换热的热阻主要在边界层。re104为旺盛湍流区， re=2300104为过度区。无论层流还是湍流，都存在入口段，且入口段 的换热很强。管内充分发展的流动与换热，表面传热系数h为常数。管内流动的换热边界条件有两种，即恒壁温及恒热流条件。对层流和低nu数介质的流动，两种边界条件结果不同。但队湍流和高pr数介质的换热，两种边界条件的影响可以忽略不计，即换热的nu是一样的。管内流动与外部流动其边界层

39、也是不同的。内部湍流数学描写 nuf=0.023ref0.8prfn 加热流体n=0.4 冷却流体n=0.3 外掠单管关联式为 nuf=crefnprf1/3c、n值根据ref 来确定。 5.答：第一种散热器进出口方法是最不利的，热水根本就不进入管内。 第二种比较可靠，稳定。其要是受迫对流是更可靠和稳定。第三种只能是受迫对流，其可靠性和稳定性不及第二种的受迫对流。 6-12 答：（1）.先计算管内流体的出口温度tf。qpdl=mcp(tf-tf)。 （2）由于管壁为常热流边界条件。根据管内流体进出口温度的算术平均值计算出管内流体平均温度tf= tf+tf2 。 （3.）由tf查表得流体的热物性

40、参数值lf、nf、pr、mf、rl。 f （4.）根据质量流量m及管子断面积，求出管内流体速度 u=m/(rla)= 4m 2 rpd （5.）计算雷诺数re，并判断流动状态并根据常热流的边界条件，选择相应的换热关联式。计算nu （6.）由nu数，可计算出h。 （7.）由常热流的边界条件，在热充分发展段，流体与壁面间的温度差 27 沿管长保持不变。 6-13 关于管内对流换热的热进口段的长度有几种表达方式，它们各适应什么条件？（1）从管子入口到热边界层在管中心闭合前的一段长度； （2）当?q=0和h=const前的一段长度；（3）l/d=0.05repr. ?x 答：对第一种表达方式，为热进口

41、段长度的定义。适用于粘性流体在管内进行对流换热的任何情形。对第二种表达方式，适用于常物性流体，在管内的流动状态为层流，且边界条件为常壁温的情形。 6-14答：对外掠平板，随层流边界层增厚，局部表面传热系数有较快的降低。当层流想紊流转变后，hx因紊流传递作用而一迅速增大，并 且明显高于层流，随后，由于紊流边界层厚度增加。hx再呈缓慢下降 之势。对紊流情况下的管内受迫流动，在进口段，随着边界层厚度的增加。局部表面传热系数hx沿主流方向逐渐降低。在进口处，边界层 最厚，hx具有最高值，当边界层转变为紊流后，因湍流的扰动与混合 作用又会使hx有所提高，但只有少量回升，其hx仍小于层流。少量回升。 hx

42、再逐渐降低并趋向于一个定值，该定值为热充分发展段的hx。 6-15解：令h1为管内流动气体与不锈钢管内壁之间的对流表面传热系 数。h2为室内空气与不锈钢管外壁之间的对流表面传热系数。室内温 度为tf，微元段处不锈钢管壁温度为tw1，管内微元段处流体的平均温度 为tfx，管径为 d.则热平均式为 h1pd(tw1-tfx)dx+h2pd(tw1-tfx)dx=i2r 17h=9541.4 w/(m2k) 18. d=114mm,l=23.1m 19.出口水流 tf=67 28 20.出口tf=970c 21.h=3328.2 w/(m2k) tm=10.9 22.tf=83.5 =4.65?10

43、5 w 23. 24.类比定律;h=7051 w/(m2k) 光滑管：西得一塔特公式8026 w/(m2k) 迪图斯贝尔特式 7033 w/(m2k) 25h=5.2 w/(m2k) 26. h=16.3 w/(m2k) 27. h=20513 w/(m2k) 28. tw=65.24 h=31.42 w/(m2k) =484(w) 29相差百分比：18.7% 31.tw=158.5 32.pmax=50.463(kw) 33.h=131.7 w/(m2k) 34.h=157.2 w/(m2k) 35.h=20157 w/(m2k) 36.h=70.4 w/(m2k) h顺=69.5 w/(m

44、2k) 37tf=27 h=73.7 w/(m2k) 38.n=79.42(w) q=6559.3 w/(m2k) 功耗比82.6 39 29 比例 功耗 40换热量 =1.809?105w n功耗=65.5（w） 42h=5.16 w/(m2k) 43. =3154(w) 44.q =132w/m 45. =1016(w) h=4.233 w/(m2k) 46.tw,max=55.5 48.n=779.2(w) 52h=7.07 w/(m2k) =1021.3(w) 53.e=1.325 w/(m2k) q=13.25 w/(m2k) 54.=10.5(mm) q=23.9 w/m2 30

45、第七章 凝结与沸腾换热 1凝液量：m=0.0116(kg/s) 2.水平放置时，凝水量m=0.0166(kg/s) 3.壁温tw=1000 , h=12029 w/(m2k) 4. 5.此时管下端液膜内已出现紊流。 h=6730 w/(m2k) 6.竖壁高 h=9.2 mm 7.单管与管束平均表面传热系数之比： 8凝结水量 m=5.14?10-3 (kg/s) 9.考虑过冷度时，m=5.12?10-3(kg/s) 5.14-5.12?100%=0.39% 5.14 1.5-1=10管长 l=1m ,管长减少量 1.5h单h管束=2.1 相差： 11凝结表面传热系数 h=700.2 w/(m2k

46、) 凝液量：m=5.242?10-3(kg/s) 12. 管长能缩短 13用于水时， h=5341.1 w/(m2k) 与11题相比换热系数倍率 31 5341.1=7.63 700.2 15氟利昂 12： =42143（w） 氟利昂 22： =50810（w） 差异：20.6% 16用电加热时，加热方式是控制表面的热流密度。而采用蒸汽加热则是壁面温度可控的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当加热功率q稍超过qmax值时，工况将沿qmax虚线跳至稳定膜态沸腾线，使壁面温度飞升，导致设备烧坏。总之，电加热等依靠控制热流来改变工况的设备，一旦热流密度超过峰值，工况超过热流密度峰值后，沸腾温差将剧烈上

47、升到1000左右，壁温也急剧升高，发生器壁烧毁现象。 采用蒸气加热时，工况点沿沸腾曲线依次变化。不会发生壁面温度急剧上升情况。 18由式（7）rmin=2ts,在一定的?t,ts五个量中，只有?t 随压强变化最大，p增加时，的增加值将超过ts的增值和的减少，最终使rmin随p的增加而减小。 19h=1.51?104 w/(m2k) 20. h=67140 w/(m2k) 21.温度降为183 h=1585 w/(m2k) 与自然对流相比较， h自然对然 h沸腾=769=0.485 1585 22q=3077.18 w/(m2k) ,tw=106.6 23.cw, =0.0115 32 第八章

48、热辐射的基本定律 1热辐射和其他形式的电磁辐射有何相同之点？有何区别？ 答：物质是由分子、原子、电子等基本粒子组成。当原子内部的电子受到激发或振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就是电磁波。它是热辐射和其他电磁辐射的相同点。但由于激发的方法不同，所产生的电磁波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也不相同。如果由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播就称为热辐射。 2为什么太阳灶的受热表面要作成粗糙的黑色表面，而辐射采暖板不需要作成黑色？ 答：太阳灶和辐射采暖板的区别主要源于它们对温度的不同要求：太阳灶的温度一般都在几百度以上，为了更有效吸收来自太阳的光热，其受热表面要做成粗糙的黑色表面。辐射采暖板的用处是用来采暖的，气温度一般不会太高，所以不需要做成黑色。 3窗玻璃对红外线几乎是不透明的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？ 答：隔着玻璃晒太阳时，太阳通过热辐射给玻璃热量，而玻璃也对室内进行导热，对流换热，辐射等，使得人感到暖和，同时透过玻璃的光在穿过玻璃后衰减为长波辐射，产生温室效应，使得人感到更加的暖和。 33 4深秋及初冬季节的清晨在屋面上常常会看到结霜，试从换热与辐射换热的观点分析a有霜的早上总是晴天；b室外气温是否一定要低于零度；