传热学习题集

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］某住宅碑墙壁厚为用=240mm,其导热系数为4=0.6W/(n?•K),墙壁

内、外两侧的表面传热系数分别为：4=7.5W/(/.K),他=1°W/(川，K),冬季

内外两侧空气的温度分别为“=20。生=-5C试计算墙壁的各项热阻，传热系

数以及热流密度。

［例0-2］一冷库外墙的内壁面温度为4=-12°C,库内冷冻物及空气温度均为

tf=-18℃o已知壁的表面传热系数为/2=5W7(加2.K),壁与物体间的系统辐射系数

G、2=5.1卬/。后-K4),试计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？

13、求房屋外墙的散热热流密度q以及它的内外表面温度和tw2。已知：6=360mm,室

外温度方=-10℃,室内温度％=18℃,墙的入=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,求它的散热量中？

15、空气在一根内径50mm，长2.5m的管子内流淌并被加热，已知空气平均温度为85℃,管

2

壁对空气的h=73W/m.℃,热流通量q=5110W/〃K。，试确定管壁温度及热流量。

16、已知两平行平壁，壁温分别为％i=50℃,tw2=20℃,辐射系数G.2=3.96,求每平方

米的辐射换热量W/根2°若twi增加到200℃,辐射换热量变化了多少？

第一章导热理论基础

［例1-1］厚度为G的无限大平壁，人为常数，平壁内具有匀称内热源q^W/mD,平壁x=0

的一侧绝热，x=b的一侧与温度为'/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1的导线，其导热系数X为常数。导线的电阻率为P(Q.mVm)。

导线通过电流1(A)而匀称发热。已知空气的温度为夕导线与空气之间的表面传热系数为h,

试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。

2、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)氤气的导热系数为0.016W/(m.K)试计算该膜双中空玻璃导热热阻。

1

6、一厚度为50mm的无限大平壁，其稳态温度分布为：t=a+bx9式中a=200℃,

b=-200CTC/m2。若平壁材料导热系数为45W/mrC,试求：⑴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？

其次章稳态导热

［例2-1］有一锅炉炉墙由三层组成，内层是厚61=230mm的耐火砖，导热系数A1

=1.10W/(mK);外层是G3=240mm的红砖层，导热系数入3=0.58W/(mK);两层中间填

以G2=50mm的水泥珍宝岩制品保温层，导热系数A2=0.072W/(mK)o已知炉墙内、外

两表面温度tw1=500℃、tw2=50℃,试求通过炉墙的导热热流密度及红砖层的最高温

度。

［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：炉墙内侧温度夕1=511七,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=12.2W/(m.K)o试求通过该

炉墙的热损失和炉墙内、外表面的温度twl和12。

［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

Xi=0.79W/(mK),空心部分的导热系数九2=0.29W/(mK)。试计算砌块的导热热阻。

［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

热系数入1=0.022W/(m.K),厚40mm。外壳为高密度聚乙烯管，导热系数入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的

表面传热系数h1=120W/(m.K);四周空气温度t"=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出、散热量/和外壳表面温度tw3。

［例2-5］设管道外径d=15mm，假如用软质泡沫塑料作为保温层是否合适？已知其导热系数人

=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)o

［例2-6］—铁制的矩形直肋，厚6=5mm，高H=50mm，宽L=1m,材料导热系数A=58

w/mK,肋表面放热系数h=12w/mK，肋基的过余温度%=80℃»求肋表面散热量和肋

端过余温度。

［例2-6］如图2-18所示的环形肋壁，肋片高度1=19.1mm,厚度b=1.6mm,肋片是铝制并镶

在直径为25.4mm的管子上，铝的导热系数入=214W/(m.K)。已知管表面温度t°=171.1℃,

四周流体温度丐=21.1P,肋片表面与四周流体之间的表面传热系数h=141.5W/(mtK),试

计算每片肋片的散热量。

［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)o已知墙内表面温度为2(TC,外表面温度为-5°C,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20m2,厚为140mm,外表面温度为-15℃。已知混凝土

的导热系数为1.28W/(m.K)，若通过屋顶的散热量为5.5x105,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

装空调设施，并在内表面加一层硬泡沫塑料，使导入室内的热量比原来削减80%o已知砖

的导热系数入=0.7W/(mK),灰泥的入=0.58W/(m-K),硬泡沫塑料的入=0.06W/(mK),试求

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,管壁导热系数入=58W/m「C,管外

掩盖两层保温材料：第一层厚度62=30mm，导热系数入2=0.093W/m.℃;其次层63=40mm,

导热系数入3=0.17W/mJC,蒸汽管的内表面温度twi=300°C。保温层外表而温度

tw4=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tw2和

19、一外径为100mm,内径为85mm的蒸汽管道，管材的导热系数为入=40W/（m-K）,其

内表面温度为180℃,若采纳入=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40七，蒸汽管允许的热损失qi=52.3W/m。问保温材料层厚度应为多少？

23、始终径为d,长度为I的瘦长圆杆，两端分别与温度为t1和t2的表面紧密接触，杆的侧面

与四周流体间有对流换热，已知流体的温度为％而》＜t1或⑵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儿试写出表示瘦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，铝材的导热系数为入=140W/(m-K),

四周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视不计，试计算肋片内的温度分布和每片肋片的散热量。

27、一肋片厚度为3mm,长度为16mm,是计算等截面直肋的效率。(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

2

40W/(m.K),对流换热系数h=125W/(m.K)o

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入=0.815W/(m.k),

c=0.839kJ/(kg.k),p=1500kg/m3,壁内温度初始时均为全都为18°C,给定第三类边界条件：

壁两侧流体温度为8℃,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p=1925kg/m3比定压容Cp=O.835kJ/(kg.℃),

导热系数入=0.72W/(m.℃)o突然以110℃的温度加于墙的一侧。假如在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

p=2640kg/m，,比定压容Cp=0.96kJ/(kgrC),导热系数入=1.0W/(mJC),这时此墙的厚度

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集中率。采纳5~10pm厚的糠铜箔作为平

面热源，已知初始温度t0=18℃,通电加热360s后，测量得到x=0处的温度％=0=31.1℃,

x=20mm处的温度|“S=20.64℃,试计算该材料的热集中率。

［例3-5］有始终径为0.3m、长度为0.6m的钢圆柱，初始温度为2(TC,放入炉温为1020℃

的炉内加热，已知钢的导热系数入=30W/(mK),热集中率a=6.25x10-6m2/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汲取的热量。

8、一钢板厚度为3mm，面积为”1m1初始温度匀称为300℃,放置于20P的空气中冷却。

已知钢板的导热系数为入=48.5W/(mk),热集中率a=12.7x10-6nf/s,板与空气之间的表面传

2

热系数h=39W/(m.K)，问需要多长时间钢板才能降低至50℃o

9、一不锈钢板厚度为0.15m,初始温度为2CTC,放置在温度为1200P的炉内加热，已知

不锈钢热集中率为3.95xl0-6m2/s，钢板在炉内的表面传热系数为250W/(m?.K)，试求钢板

加热到800P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。以流速为12m/s的风

道中,5min后铜棒温度降低到34℃O计算气体与铜棒的换热系数？已知：铜棒p=8954kg

m3,c=383.1J(kg.℃),A=386W(m.℃)

11、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5x10-7m2/s,

导热系数为4.0W/m「C,炉子从室温25℃开头点火，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为

1000℃,试确定从点火到正常运行要求所需时间。

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tf,而边界y=b处给出第一类边界条件，即温度为已知

t=C",Ci2，Ci3,…C［5。试写出各节点的离散方程。

［例4-2］—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。

[例4-3]一半无限大物体，初始时各处温度匀称全都并等于0℃,物体的热集中率

62

a=O.6xlO-m/s,己知物体表面温度随时间直线变化，tw=0.25i,试用显式格式计算过程

开头后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入=0.24W/(m.K),

热集中率a=0.147xl0-6m2/s,试计算2min后，无限大平壁内各节点的温度。

[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

与壁内温度全都tf1=tf2=tO=5°C;已知两侧对流换热系数分别为h1=11W/(m2K\h2=23W/

(m2K),壁材料的导热系数九=0.43VW(mK),导温系数a=0.3437x10-6m2/so假如一侧

的环境温度tf1突然上升为50P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，始终计算到新的稳态传热过程为止。

第五章对流换热分析

[例5-1]20℃的水以1.32m/s的速度外掠长250mm的平板，壁温tW=60℃o

(1)求*=250mm处下列各项局部值:S.St.Cf.x.hx,并计算全板长的平均传热系数h,全

板换热量(p。(W:板宽为1m)

(2)沿板长方向计算&;瓦；h;心的变化，并绘制曲线显示参数的变化趋势。

[例5-2]2(TC空气在常压下以33.9m/s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：5;企；h;Q;计算全板的换热量e(W,板宽为

1m)；

(2)沿板长方向计算b;6;h;自随x的变化，并绘制曲线显示参数的变化趋势。

［例5-3］常压下20七的空气以33.9m/s外掠壁温为6CTC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b

［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年的水以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处的流淌边界层及热边界层度，已知边界平

均温度为60℃,速度为Uz=0.9m/So

18、空气以10m/s速度外掠0.8m长平板，7=80℃&=30℃,计算该板在临界Re下的小，

5

全板平均表面传热系数以及换热量（板宽为1m,已知Rec=5xl0）

19、与上题同样换热参数，但流体为水，试与上题作比较。

23、已知某对流换热过程的热边界层温度场可表达为t=a-by+cy2,壁温为tw，主流温度为

tf,试求它的表面传热系数。

26、温度丐=80℃的空气外掠tw=30℃的平板，已知械=124.4x-1/2，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)？

31、煤气以平均流速u7n=20m/s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邪为35N/m：,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：p=0.3335kg/m3,cp=4.198kJ/(mg.k),v

=47.38xl0-6m2/s,A=0.191W/(m.K).管内流淌摩擦系数f的定义式是：他=弓,又已知：

St.P//3=L(管内流淌两传类比率)。

8

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itm=0.85m/s,全管水的平均温度，t/=90℃,

管壁温度7=115℃,管长1.5m,管内径d=17mm,试计算它的表面传热系数。

［例6-2］某厂燃气一空气加热器，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t/=3(TC,壁温保持tw=25(TC,试计算该加热器管内表面传热

系数。

［例6-3］某换热设施管子长l=2m,内径d=0.014mm,生产过程中壁温保持tw=78.6℃,进口

水温t；=22.FC,问管内水的平均流速为若干m/s时，其出口水温t；达到50℃?并确定此

时的表面传热系数？

［例6-4］某厂在改进换热器时，把圆管改制成椭圆形断面管（设改制后周长不变卜已知椭圆

管内的长半a=0.02m,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tw=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/=1.5m,每排有20根管子，共有5

f=/5℃

排叉排Si=50mm、S2=37mm。已知管壁温度为tw=110℃空气进口温度为‘''

2

空气流量％=5000/Vm/ho求空气流过管束加热器的表面换热系数。

［例6-7］试求新型竖直管束（采纳外径d=30mm的管材腹气散热器自然对流表面传热系数，

已知管长H=1800mm,表面温度tw=86℃,室温=18℃。

［例6-8］以常热流加热的竖直平壁热流通量q=255W/zn2,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。

［例6-9］计算竖壁封闭空气夹层的当量表面传热系数也随夹层厚度的变化，设夹层两侧表面

温度分别为twi=20℃,t2=0℃,夹层高H=1m,计算厚度。从3~60mm。

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20（TC,试用式（6-4）计算它的表面传热系数和出口温度。

1.23、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M=

0.0417kg/s,进口温度t'f=30℃,管壁的热流密度q=12120W/m，,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t"f,管壁进口

和出口端的壁温t'w,f'wo

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62七，

试求在常壁温换热条件下管壁温度tw,表面传热系数h及换热量①。（建议用式（6-5）计

算表面传热系数）

33、空气横向拂过单管，管外径12mm,管外最大流速u=14m/s,空气温度tf=30.1℃,壁

温tw=12QC。求空气的表面传热系数。

35、水横向拂过5排叉排管束，管束中最窄截面处流速u=4.87m/s,平均温度tf=20.2P,

立=a=1.25

壁温tw=25.2℃,管间距dd,d=19mm,求水的表面传热系数。

44、顶棚表面温度13℃,室内温度25℃，顶棚4mx5m,试求自然对流换热量及其表面传热

系数。

45、倾斜放置，温度为45P的1mx1m平板,热面朝上接受辐射热300W/m2,辐射热被全

部汲取，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twi=15℃,tw2=5℃,

求它的当量表面传热系数及每平方米通过夹层的热量。

第七章凝聚与沸腾换热

［例7-1］一台卧式蒸汽热水器，黄铜管外径d=126mm,表面温度tw=60℃,水蒸气饱和温度

ts=140℃,热水器垂直列上共有12根管，求凝聚表面传热系数。

［例7-2］外径50mm管子垂直放置，ts=12(TC的干饱和水蒸气在管外凝聚，管长l=3m,

tw=100℃,试求凝液膜液态转变为紊流时的高度与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］一横放的试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，肯定压强

为1.96xlO5Pa,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。

［例7-5］在1.013xl05Pa肯定压强下，纯水在加=1179抛光铜质加热面上进行大空间泡态沸

腾，试求q及h。

第八章热辐射的基本定律

［例8-1］测定对应于太阳最大光谱辐射力E9max的峰值波长Amax约为0.503pmo若太阳可以

近似看作黑体看待，求太阳的表面温度。

［例8-2］试分别计算5762K、3800K、2800K、1000K、400K的黑体最大光谱辐射力《以即磔

所对应的峰值波长/Imax,以及黑体辐射中可见光和红外线辐射(0.76~1000pm)能量占黑

体总辐射能量的比例。

［例8-3］已知某太阳能集热器的透光玻璃在波长从入1=0.35pm至入2=2.7的范围内的穿透比

为85%,在此范围之外是不透射的。试计算太阳辐射对该玻璃的穿透比。把太阳辐射作为

黑体辐射看待，它的表面温度为5762Ko

［例8-4］在一个直径为0.02m、温度为1200K圆形黑体表面的正上方l=0.3m处，有一个平

行于黑体表面、直径为0.05m的辐射热流计，如图8-7所示。试计算该热流计所得到的黑

体投入辐射能是多少？若辐射热流计仍处于同样高度，求热流计偏移多少距离，热流计得到

的黑体投入辐射能为原来的50%o

［例8-5］某漫射表面温度T1=300K，其光谱汲取比如图8-11所示。把它放在壁温T2=1200K

的黑空腔中，计算此表面的汲取比a和放射率耳

第九章辐射换热计算

［例9-1］两个相距300mm、半径为300mm的平行放置的圆盘。相对两表面的温度分别为

力=500℃及t2=227°C放射率分别为？=°2及邑=°4，两表面间的辐射角系数Xi,2=0.38.

圆盘的另两个表面不参加换热。当将此两圆盘置于一壁温为t3=27P的一个大房间内，试计

算每个圆盘的净辐射换热量和容器壁3的温度。

［例9-2］有一空气间层，热表面温度t1=300℃,冷表面温度t2=50℃o两表面的放射率£1=£

2=0.85o当表面尺寸远大于空气层厚度时，求此间层每单位表面积的辐射换热量。

2

［例9-3］m,板面的放射率£1=0.94,温度t1=107℃o假如辐射板背面及侧面包有保温绝热

材料，求辐射板面与车间墙面间的辐射换热量。已知墙面温度t2=12P,不计辐射板背面及

侧面的辐射作用。

［例9-4］两个相距300mm、半径为300mm的平行放置的圆盘。相对两表面的温度分别为

力=500℃及t2=227℃放射率分别为⑦=°2及邑=04两表面间的辐射角系数X1,2=0.38.

圆盘的另两个表面不参加换热。当将此两圆盘置于一壁温为t3=27°C的一个大房间内，试计

算每个圆盘的净辐射换热量。

［例9-5］假定上例中两圆盘被置于一绝热大烘箱中，在其他条件不变时，试计算高温圆盘的

净辐射热量以及烘箱壁面的温度。

［例9-6］某辐射采暖房间尺寸为4mx5mx3m（图9-3a）,在楼板中布置加热盘管，依据实测

结果：楼板1的内表面温度t1=25℃,表面放射率£1=0.9,外墙2的表面温度t2=10℃,其

余三面内墙3的内表面温度t3=13℃,墙面放射率£2=£3=0.8;地面4的表面温度t4=11℃,

放射率£4=0.6。试求（1）楼板的总辐射换热量;（2）地面的总吸热量。

［例9-7］两平行大平壁的放射率各为0.5和0.8,假如中间加入一片两面放射率均为0.05的

铝箔，计算辐射换热削减的百分数。

［例9-8］一排气管的排气温度可用热电偶来测量(如图所示)，热电偶接点放射率0.5,排气

管壁温为tw=100℃,热电偶指示温度为tc=500℃,气体和热电偶总表面传热系数为

h=200W/(m2・K),试确定气体的实际温度及测量误差。若将放射率为分=0.3的圆筒形遮热

罩放置在热电偶四周，热电偶的读数仍为500P,问气体的真实温度是多少？假定气体和遮

热罩间的总对流换热表面传热系数为h=250W/(m2♦K)»

［例9-9］计算图9-24(a)所示两个表面1、4之间的辐射角系数占同。

［例9-10］试确定例9-6中各表面间的辐射角系数。

［例9-11］某锅炉的炉膛容积为35m3,炉膛面积为55m2,烟气中水蒸气的容积百分数为

7.6%,二氧化碳的容积百分数为18.6%,烟气的总压为1Q13xlO5pa,炉内平均温度为

1200℃0试确定烟气的放射率£g。

［例9-12］在直径为1m的烟道中有温度%=1000℃、总压力为1.013xl05Pa的气体流过，假

如气体中含CO2的容积百分数为5%其余为透亮体。烟道壁温％=500℃放射率£.=1,

试计算烟道壁与气体间的辐射换热。

[例9-13]一未加玻璃盖板的太阳能集热器的吸热表面对太阳辐射的汲取比为0.92,表面放

射率为0.15,集热器表面积20m2,表面温度为80℃,四周空气温度为18℃,表面对流换

热的表面传热系数为3W/(m2•K)。当集热器表面的太阳总辐射照度为800W/m2,天空温度为

0C时，试计算该集热器可采用到的太阳辐射热和它的效率。

[例9-14]一平板型太阳能集热器的示意图如图。平板玻璃掩盖在吸热表面上，且玻璃盖板与

吸热表面围成密闭空间。太阳总辐照度Gs为800W/m2,天空温度为0。心玻璃的太阳辐射

穿透比7为0.85,长波穿透比弓为0,反射比为0,长波放射率为0.9;吸热表面对太阳

辐射的汲取比abs为「0,表面长波放射率为0.15,其中所汲取热量的70%用于加热太阳

能集热器中的水以及通过吸热表面的背面散热损失了。玻璃盖板与吸热表面平行，两者之间

的距离为0.07m，其间存有空气，即存在有限空间的自然对流换热，此时玻璃盖板与吸热表

面之间的当量导热系数儿为0.040W/(m.K),玻璃盖板与大气环境表面对流换热的表面传

热系数为20W/(m2-K),大气环境温度ta为30℃。试计算吸热表面和玻璃盖板的温度。假

设可以忽视玻璃的导热热阻，玻璃盖板与吸热表面之间的角系数Xgg为1O

11、试确定如图所示各种状况下的角系数。

15、一外径为100mm的钢管横穿过室温为27七的大房间，管外壁温度为100℃,表面放射

宰为0.85。试确定单位管长的辐射散热损失。

16、有一3mx4m的矩形房间，高2.5m,地表面温度为270℃,顶表面温度为12℃,房间

四周的墙壁均是绝热的，全部表面的放射率均为0.8,试用网络法计算地板和顶棚的净辐射

换热量和墙表面的温度。

22、两平行大平壁的放射率均为£=0.4,它们中间放置两面放射率均为0.04的遮热板。当

平板的表面温度分别为250℃和4(TC时，试计算辐射换热量和遮热板的表面温度(不计导

热和对流换热卜如不用遮热板时，辐射换热量为多少？

24、保温(热水)瓶瓶胆是一夹层结构，且夹层表面涂水银，水银层的放射率£=0.04。瓶内存

放t1=10(TC的开水，四周环境温度t2=20℃o设瓶胆内外层的温度分别与水和四周环境大

致相同，求瓶胆的散热量。苦用导热系数为0.04W/(m-K)的软木代替瓶胆夹层保温，问需用

多厚的软木才能达到热水瓶原来的保温效果？

25、一矩形断面的长隧道窑，断面宽4m,高3m,底面温度为800K、放射率为0.6,顶面

温度为1273K、放射半为0.8,两侧面均为绝热面，试计算表面的净辐射换热量。

第十章传热和换热器

【例10-1］为推断冬季某厂房墙壁的散热损失，在稳态条件下，测得壁内表面温度％=15.49；

室内气温勺=20.6℃;厂房内环境温度tam=22℃;壁与四周环境间的系统放射率£=0.9;壁高

3m;求此壁面的散热损失热流密度q,并计算辐射热流密度在总散热损失中所占比例。

［例10-2］车间内一架空的热流体管道，钢管内径d1=135mm,壁厚2.5mm,外包保温层厚

度为30mm,材料的导热系数入=0.11W/(mK),已知管道内热气体平均温度缶=163。5对

流换热表面传热系数h1=25.3W/(m2«K)。车间内温度%=18℃,管道四周环境温度％巾=13℃。

为了削减管道的散热，管道保温层外表有两种不同处理方式可供选择:(1)刷白漆，£=0.9;

(2)外包薄铝皮£=0.1,试比较两种状况下的管道传热系数、每米长管道的散热量，并作分

析。计算中可忽视钢管热阻和白漆及铝皮所附加的导热热阻。

［例10-3］试计算某寒冷地区中空玻璃窗传热系数，已知数据列表如下：

窗高H(m)1.0室温(本例如=)tfi(℃)20

中空玻璃间距b(mm)12-2

室外温度(本例%=tam2)t/2(℃)

玻璃表面放射率£0.94玻璃厚度(mm)4

[例10-4]一块“对流一辐射板”，如图所示，与壁面平行，已知气流与辐射板、气流与壁面的

对流换热表面传热系数％相同，均为75W/(mK)o对流一辐射板表面放射率£p=0.92,壁表

面也具有相同的放射率。气体流过壁与辐射板时的平均温度为什=250(,壁温维持tw=100℃,

试计算辐射板向壁面的辐射热量(W/m2)及与原有的对流换热之比。若表面传热系数均降

为50W/(m2-K)效果又如何？为简化起见，设对流一辐射板背向壁的一侧为绝热面，不参加

对流和辐射，同时板的长度、宽度及寓壁距离满意辐射角系数X=1,可按平行平板计算辐

射换热。

［例10-5］试比较逆流与顺流时的对数平均温度差，已知热流体由30CTC冷却至150℃,而冷

流体由50℃被加热至100℃,并与算术平均值比较。

［例10-6］按例10-5的温度条件计算一次交叉流，热流体不混合，冷流体混合时的平均温度

差。

［例10-7］—管壳式蒸汽一空气加热器，空气在管内，要求将空气由15℃加热到50℃,空气

体积流量为％=5Nm，/s,蒸汽为2xl()5pa肯定压强的干饱和水蒸气，凝聚水为饱和水，已

知传热系数k=75W/(m2-K),求加热器所需面积。

［例10-8］设计一卧式管壳式蒸汽——水加热器，水在管内，蒸汽在管外冷凝。水的质量流

量为3.5kg/s，要求从60℃力口热至490℃加热蒸汽是肯定压强为1.6xl()spa的干饱和蒸汽，

凝聚水为饱和