工程力学答案整理

1、思考题1.试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象， 称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是： 在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真 空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。能量平衡分析540000 x 10-31-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20C。他希望晚上回到房间时的温度能够 低一些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W的电风

2、扇，该房间的长、宽、 高分别为5m、3m、2.5m。如果该大学生10h以后回来，试估算房间的平均温度是多少？ 解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热 量：为15x10 x3600=540000J全部被房间的空气吸收而升温，空气在20C时的比热为：曷=11.891.005KJ/Kg.K,密度为 1.205Kg/m3,所以5 x 3 x 2.5 x 1-205 x 1.005当他回来时房间的温度近似为32C。1-9 一砖墙的表面积为12m2，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25C，而外表面温度为-5C，试确定次砖

3、墙向外界散失的热量。解：根据傅立叶定律有：“At25 (一)5中=膈 =1.5 x 12 x= 2076.9W1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导热系数为1.04w/m.k，内外壁温分别 是520C及50C。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09X104kJ/kg， 问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式膈At1.04 x 20 x (520 - 50)Q = - = 75.2 KW&8每天用煤24 x 3600 x 75.2=310.9Kg / d0.1380.262.09 x 1041-11夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层压板制成的

4、木门外表面上，用热流计测得木 门内表面热流密度为15W/m2。外变面温度为40C，内表面温度为30C。试估算此木门在 厚度方向上的导热系数。q二房 旦以竺M.06W /(m.K)解：8，At40 - 301-12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=69C，空气温度tf=20C，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 Z )q = 2rlh -1)h = d(q_f )所以“w。=49.33W/(m2.k)1-13对置于水中的不锈

5、钢束采用电加热的方法进行压力为1.013x 105Pa的饱和水沸腾换 热实验。测得加热功率为50W，不锈钢管束外径为4mm，加热段长10mm，表面平均温度 为109C。试计算此时沸腾换热的表面传热系数。解：根据牛顿冷却公式有小=AhE中.=44 2.2 A&W/(m2.K)1-18宇宙空间可近似地看成为0K的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250C，表面发射率为0.7，试计算航天器单位表面上的换热量。解.q =跖 T 4=07x 5.67 x 10 -8 W /(m 2.K 4) x 2504 = 155 W/ m 21-19在1-14题目中，如果把芯片及底板置于一个封闭的机

6、壳内，机壳的平均温度为20C, 芯片的表面黑度为0.9，其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。中=&AJT4 -T 4%0.9X5.67X10-8(85 + 273)4 -(20 + 273)4x0.00014解：辐射12+-P对流 辐射=1.657W1-20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：Q = ea T4T =广私A=187K1-23在锅炉炉膛的水冷壁管子中有沸腾水流过，以吸收管外的火焰及烟气辐射给管壁的热

7、 量。试针对下列三种情况，画出从烟气到水的传热过程的温度分布曲线：管子内外均干净；管内结水垢，但沸腾水温与烟气温度保持不变；管内结水垢，管外结灰垢，沸腾水温及锅炉的产气率不变。(1)(2)(3)解：1-24在附图所示的稳态热传递过程中，已知：L= 460 C，51 = 5mm，5 2 = 0*5 mm， % = 46.5W/(m.K)，气= L16W/(m.K),h2 = 5800W/(m2 .K)。试计算单位面积所传递的热 量。解：由题意得1 55R =+ + 1 = 0.00071z h 人 力112 q =翌=二R R=22 0 At 1/稳定性要求Ax 2pcd ，即人 43 pc =

8、at + 1 - pcd ) fAt 1/=32.258 x1051.333 x10-5，代入得:3 x1.333 x10-54 x1000.01x32.258 x105 /4 x100k0.022tk3=8.89877s0.099975 + 0.01240.022Ax 2于是以上三式化成为:时间点12340200252525 T200128.8125252At200128.8155.8055.093t200137.9573.6472.544t200143.0486.7085.30(At = 8.89877s),在上述计算中， 因而对节点2 也=0.1483 Ax 21 3aAT4hAT1 =

9、 0由于At之值正好使Ax 2p cd出现了在At及2 At时刻温度相等这一情况。如取At为上值之半，则如取此值为计算步长，则：aA1.333 x10-5 x 8.898774hAT4 x100 x 8.89877= 0 2966 = 0.1103，pcd 32.258 x 105 x 0.01 TOC o 1-5 h z 2 x 0.2966t + 0.2966tk + 0.1103t = tk+1 13f 20.2966t k + 0.2966x 2t k + 0.1103t = tk+14f 30.9773t k + 0.0227t = tkf 4蛙= 0.0551 1-虹-蛭= 0.5，pcd，Ax 2p cd ，于是有.时间点12340200252525 T20076.9125252t200102.8632.7032.533t200116.9842.6342.23对于相邻四个时层的计算结果如下表所示：(At = 4.4485s)2 x 0.148