傳熱學(xué)第四版課后題答案第九章

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第九章思考題1、試述角系數(shù)的定義?！敖窍禂?shù)是一個純幾何因子”的結(jié)論是在什么前提下得出的? 答：表面1發(fā)出的輻射能落到表面2上的份額稱為表面對表面2的角系數(shù)?！敖窍禂?shù)是一個純幾何因子” 的結(jié)論是在物體表面性質(zhì)及表面濕度均勻、物體輻射服從蘭貝特定律的前提下得出的。2、角系數(shù)有哪些特性?這些特性的物理背景是什么? 答：角系數(shù)有相對性、完整性和可加性。相對性是在兩物體處于熱平衡時，凈輻射換熱量為零的條件下導(dǎo)得的；完整性反映了一個由幾個表面組成的封閉系統(tǒng)中。任一表面所發(fā)生的輻射能必全部落到封閉系統(tǒng)的各個表面上；可加性是說明從表面1發(fā)出而落到表面2上的總能量等于落到表面2上各部份

2、的輻射能之和。3、為什么計算個表面與外界之間的凈輻射換熱量時要采用封閉腔的模型? 答：因為任一表面與外界的輻射換熱包括了該表面向空間各個方向發(fā)出的輻射能和從各個方向投入到該表面上的輻射能。4、實際表面系統(tǒng)與黑體系統(tǒng)相比，輻射換熱計算增加了哪些復(fù)雜性? 答：實際表面系統(tǒng)的輻射換熱存在表面間的多次重復(fù)反射和吸收，光譜輻射力不服從普朗克定律，光譜吸收比與波長有關(guān)，輻射能在空間的分布不服從蘭貝特定律，這都給輻射換熱計算帶來了復(fù)雜性。5、什么是一個表面的自身輛射、投入輻射及有效輻射?有效輻射的引入對于灰體表面系統(tǒng)輻射換熱的計算有什么作用？ 答：由物體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成輻射能叫做自身輻射，投向輻射表而的輻射叫做投

3、入輻射，離開輻射表面的輻射叫做有效輻射，有效輻射概念的引入可以避免計算輻射換熱計算時出現(xiàn)多次吸收和反射的復(fù)雜性。6、對于溫度已知的多表面系統(tǒng)，試總結(jié)求解每一表面凈輻射換熱量的基本步驟。 答：(1)畫出輻射網(wǎng)絡(luò)圖，寫出端點輻射力、表面熱阻和空間熱阻；(2)寫出由中間節(jié)點方程組成的方程組；(3)解方程組得到各點有效輻射；(4)由端點輻射力，有效輻射和表面熱阻計算各表面凈輻射換熱量。7、什么是輻射表面熱阻？什么是輻射空間熱阻？網(wǎng)絡(luò)法的實際作用你是怎樣認識的？ 答：出輻射表面特性引起的熱阻稱為輻射表面熱阻，由輻射表面形狀和空間位置引起的熱阻稱為輻射空間熱阻，網(wǎng)絡(luò)法的實際作用是為實際物體表面之間的輻射換

4、熱描述了清晰的物理概念和提供了簡潔的解題方法。8、什么是遮熱板?試根據(jù)自己的切身經(jīng)歷舉出幾個應(yīng)用遮熱板的例子。 答：所謂遮熱板是指插人兩個輻射表面之間以削弱換熱的薄板。如屋頂隔熱板、遮陽傘都是我們生活中應(yīng)用遮熱板的例子。9、試述氣體輻射的基本特點。10、什么是氣體輻射的平均射線程長？離開了氣體所處的幾何空間而談?wù)摎怏w的發(fā)射率與吸熱比有沒有實際意義？11、按式（9-29）當s很大時氣體的趨近于1.能否認為此時的氣體層具有黑體的性質(zhì)？12、9.5.1節(jié)中關(guān)于控制表面熱阻的討論是對圖9-37所示的同心圓柱面系統(tǒng)進行的，其結(jié)論對于像圖9-15a所示的兩表面封閉系統(tǒng)是否也成立？13、圖9-39所示的電子

5、器件機箱冷卻系統(tǒng)中，印制板上大功率元件布置在機箱出口處，試分析其原因。習(xí)題9-1、已知：一曲邊六面體的幾何條件。求：各個表面之間共有多少個角系數(shù)，其中有多少個是獨立的？解：共有6×6個角系數(shù)，其中僅有5+4+3+2+115個是獨立的。即其余的角系數(shù)均可由完整性、相對性等特性而由這15個角系數(shù)來求得。9-2、設(shè)有如附圖所示的兩個微小面積A1，A2，A1=2×104m2，A2=3×104m2。A1為漫射表面，輻射力E1=5×104W/m2。試計算由A1發(fā)出而落到A2上的輻射能。 9-3、如附圖所示，已知一微元圓盤dA1與有限大圓盤A2（直徑維D）相平行，兩中

6、心線之連線垂直于兩圓盤，且長度為s。試計算Xd1,2。 =9-4、已知：如圖，微元面積與球缺。求：從角系數(shù)的積分定義出發(fā)，計算到球缺內(nèi)表面的角系數(shù)，并用兩種極限情形來檢查你所得到的公式的正確性。解：，代入上式得： = =當時，應(yīng)有，由上式確實得出此值；當時，應(yīng)有，由上式亦確實得出此值。9-5、已知：如圖，0.2m，0.1m，0.13m。求：解：由9-3題可知：9-6、 試用簡捷方法確定本題附圖中的角系數(shù)X1,2。 9-7試確定附圖a、b中幾何結(jié)構(gòu)的角系數(shù)X1,2。 1.671.01.671.01.331.330.6670.667角系數(shù)0.190.1650.2750.255 9-8、已知：如圖a

7、、b。求：角系數(shù)。解： ·(a)查圖8-7得：0.670.671.330.67角系數(shù)0.1750.11(b)由擴充了的可知，由于對稱性，可得：，。9-9、已知：三根直徑為且相互平行的長管成正三角形布置，中心距為。求：其中任一根管子所發(fā)出的輻射能落到其余兩管子以外區(qū)域上的百分數(shù)。解：先研究兩管子可見的半個管子表面間的角系數(shù)。如圖所示：利用交叉線法， 將這些關(guān)系式代入并整理之，得：，其中。因而整個管子表面所發(fā)出的輻射能落到另一根管子上的百分比數(shù)為。9-10、已知：如圖。求：每一對邊的角系數(shù)、兩鄰邊的角系數(shù)及任一邊對管子的角系數(shù)。解：（1）先計算任一邊對圓管的角系數(shù)。如下圖所示：設(shè)圓管表面

8、為5，則由對稱性知：，。（2）再計算兩鄰邊的角系數(shù)。如圖示：，（弧度），。（3）計算每一對邊角系數(shù)。如圖示：。9-11、已知：如圖。求：解：，從能量分配的觀點可以寫出： ，將代入上式，并歸并之得：，查圖（8-8）得：。9-12、已知：在煤粉爐爐膛出口有4排凝渣管，其相對節(jié)距、比較大，透過前一排管子而落到后一排管子的輻射平面上的來自爐膛的火焰輻射能可認為是均勻分布的。火焰對第一排管子的角系數(shù)為。5。求：火焰對凝渣管束總的角系數(shù)是多少？火焰輻射能可以透過凝渣管束的百分數(shù)是多少？解：根據(jù)表中數(shù)據(jù)，算得落到前四排管子表面上的總能量為：，管排投入到該排上的輻射能該排的角系數(shù)落到該排管子表面上的能量穿過該

9、排落到后一排上去的能量1234按例題（8-1），得：，透過管束的輻射能百分數(shù)為1-0.7516=0.2484=24.8。9-13、已知：如圖，圓柱表面及平面在垂直于紙面的方向上為無限長。求證：。證明：如下圖所示：按交叉線法：，。利用幾何關(guān)系確定：，,，（r為半徑），即。9-14、已知：如圖，在垂直于紙面的方向上均為無限長。求：導(dǎo)出從溝槽表面發(fā)出的輻射能中落到溝槽外面的部分所占的百分數(shù)的計算公式。解：對三種情形，在開口處做一假想表面，設(shè)表面積為，而其余溝槽表面為，則有，于是有：（a）；（b）；（c）。9-15、已知：如圖。求：當時角系數(shù)的極限值。解：如圖所示： 圓柱側(cè)面為1，圓盤為2，當時的極限

10、值為，只要設(shè)想在頂面上有另一相當圓盤表面，則很易理解當時，每個表面都得到一半的輻射能，故。9-16、已知：如圖。 求：解： ，。仿習(xí)題9-11的解，可由能量平衡關(guān)系得出：，即。由圖（8-8）查得：，而，為以下應(yīng)用方便寫出算式如下：。9-17、已知：如圖。求：解：首先利用上題的結(jié)果：，再研究表面1與、間的關(guān)系，利用上題結(jié)果有：,，；，而，即，。故。黑體表面的換熱9-18、已知：如圖為一管狀電加熱器。求：從加熱表面投入到圓盤上的總輻射能。解：如圖所示：做虛擬表面3及4，則可有：，即其中，為兩平行圓盤間輻射角系數(shù)（見附圖），據(jù)，；據(jù)，利用教材中圖8-9查出： ，按角系數(shù)的對稱性：表面2發(fā)出而落到表面

11、1上的輻射能應(yīng)為：。9-19、已知：兩塊平行的黑體表面1、3表面溫度為已知。其間置入一透明平板2，溫度維持在某個值，其發(fā)射率、反射比及透射比各為、及。求：表面1單位面積上凈輻射換熱量的表達式。解：平板1的單位面積上的凈輻射換熱量為：。9-20、已知：一有涂層的長工件表面采用如圖所示方法予以加熱烘干，加熱器表面800K，1，工件表面500K，1。工件及加熱表面在垂直于紙面方向均為無限長。0.15m，0.3m，0.2m。對流不考慮，工件的另一面絕熱。（1）環(huán)境為300K的大空間；（2）環(huán)境是絕熱的。求：上面兩種情形下施加在單位長度加熱器上的電功率。解：如圖所示：（1） 環(huán)境為300的黑體，則單位長

12、度的加熱表面的輻射換熱量為：，利用交叉線法：，（2） 設(shè)環(huán)境為重復(fù)輻射表面，則：，。因此有：， ，。9-21、已知：兩個面積相等的黑體被置于一絕熱的包殼中。溫度分別為與，且相對位置是任意的。求：畫出該輻射換熱系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，并導(dǎo)出絕熱包殼表面溫度的表達式。解：如圖所示，只考慮兩黑體相互可見部分的輻射換熱。則表面1、2、3組成三表面的換熱系統(tǒng)。由網(wǎng)絡(luò)圖可知：，即。及，；又，。這樣上述平衡式轉(zhuǎn)化為：，或，即。9-22已知：如果習(xí)題9-19中透明板的溫度不是用外部方法維持在一定的值，而是受板1及板3的作用而趨于某一個穩(wěn)定的值。板2的兩個表面溫度相等并且不變。求；板1的輻射換熱量。解：當透明板2溫度不再

13、變化時，表面1上凈的輻射放熱量等于表面3的凈輻射吸熱量，于是按8-19題的結(jié)果有：，由此可得出，從而可得出及。實際物體表面的輻射換熱9-23、兩塊平行放置的平板表面發(fā)射率均為0.8，溫度t1=5270C及t2=270C，板間遠小于板的寬度與高度。試計算：（1）板1的自身輻射；（2）對板1的投入輻射；（3）板1的反射輻射；（4）板1的有效輻射；（5）板2的有效輻射（6）板1、2間的輻射換熱量。9-24、已知：兩塊無限大平板的表面溫度分別為及，發(fā)射率分別為及。其間遮熱板的發(fā)射率為。求：穩(wěn)態(tài)時三板之間輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)圖。解：9-25、已知：上題中取0.8，0.025，與一定。求：加入遮熱板后1、2兩表

14、面間的輻射換熱減少到原來的多少分之一。解：無遮熱板時，加入遮熱板后，達到穩(wěn)態(tài)時，9-26、已知：外徑為100mm的鋼管橫穿過室溫為27的大房間，管外壁溫度為100，表面發(fā)射率為0.85。求：單位管長上的熱損失。解：向環(huán)境的輻射散熱損失；定性溫度，每米管長上的熱損失為。9-27、設(shè)熱水瓶的瓶膽可以看作為直徑為10cm，高為26cm的圓柱體，夾層抽真空，其表面發(fā)射率為0.05。試估沸水鋼沖入水瓶后，初始時刻水溫的平均下降速率。夾層兩壁溫可近似地取為1000C，200C。 9-28、已知：一平板表面接受到的太陽投入輻射為1262W/m2，該表面對太陽能的吸收比為，自身輻射的發(fā)射率為，平板的另一側(cè)絕熱

15、，平板的向陽面對環(huán)境的散熱相當于對-50的表面進行輻射換熱。（1）0.5，0.9；（2）0.1，0.15。求：平板表面處于穩(wěn)定工況下的溫度。解：穩(wěn)態(tài)時，。（1），；（2），。9-29、在一塊厚金屬板上鉆了一個直徑為d=2cm，的不穿透的小孔，孔深H=4cm，錐頂角為900，如附圖所示，。設(shè)孔的表面是發(fā)射率為0.6的漫射體，整個金屬塊處于5000C的溫下，試確定從孔口向外界輻射的能量。 9-30、930、已知：如圖，（1）所有內(nèi)表面均是500K的黑體；（2）所有內(nèi)表面均是0.6的漫射體，溫度均為500K。求：從小孔向外輻射的能量。解：設(shè)小孔面積為，內(nèi)腔總表面壁為，則：，。（1）,；（2），。9-

16、31、已知：一水平放置的正方形太陽能集熱器，邊長為1.1m，吸熱表面直接暴露于空氣中，其發(fā)射率0.2，其上無夾層，對太陽能的吸收比0.9，當太陽的投入輻射800W/m2時，測得集熱器吸熱表面的溫度為90，此時環(huán)境溫度為30，天空可視為23K的黑體。集熱器效率定義為集熱器所吸收的太陽輻射能與太陽投入輻射之比。求：此集熱器的效率。解：向天空的輻射散熱量為：；定性溫度，散熱量總共為，所吸收太陽能,效率。9-32、已知：如上題，在吸熱表面上加了一層厚8cm的空氣夾層（空氣壓力為1.013×105Pa），夾層頂蓋玻璃內(nèi)表面的平均溫度為40，玻璃穿透比為0.85，其他條件不變。求：此情形下集熱器

17、的效率。解：，；輻射散熱量：；定性溫度，據(jù)式（5-90），。9-33、已知：一厚200的爐墻上有一直徑為200的孔，孔的圓柱形表面絕熱，爐內(nèi)溫度為1400，室溫為30。求：當孔的蓋板被移去時，室內(nèi)物體所得到的凈輻射熱量。解：，。9-34、已知：一空間飛行器散熱表面的最高允許溫度為2500K，發(fā)射率為0.8，環(huán)境為0K。求：所允許的最大散熱功率。解： 。9-35設(shè)有如附圖所示的幾何體，半球表面是絕熱的，底面被一直徑（D0.2）分為1、2兩部分。表面1為灰體，；表面2為黑體，T2=330。試計算表面1的凈輻射損失及表面3的溫度。解：網(wǎng)絡(luò)圖如下： 1，2表面間的輻射換熱量是由于絕熱表面3的存在而引起

18、的。9-36、已知：如圖，1000K，500K，發(fā)射率分別為0.6，0.8，該兩表面位于一絕熱的房間內(nèi)。求：該兩表面間的凈輻射換熱量。解：網(wǎng)絡(luò)圖如下圖，這是三表面輻射換熱系統(tǒng)。，。9-37、已知：兩相距1m、直徑為2m的平行放置的圓盤，相對表面的溫度分別為500及200，發(fā)射率分別為0.3，0.6，另外兩個表面的換熱略而不計。（1）兩圓盤被置于20的大房間中；（2）兩圓盤被置于一絕熱空腔中。求：每個圓盤的凈輻射換熱量。解：圓盤表面分別記為1、2，第三表面記為3。則從角系數(shù)圖表中可查得，。（1） 網(wǎng)絡(luò)圖如上圖，對節(jié)點、可以列出下列方程：；，其中，代入以上兩式整理之得：，由此解得：，故，。（2），

19、。9-38、已知：（1）兩個同心圓筒壁的溫度分別為-196及30，直徑分別為10cm及15cm，表面發(fā)射率均為0.8。（2）在其間同心地置入一遮熱罩，直徑為12.5cm，兩表面的發(fā)射率均為0.05。求：（1）單位長度圓筒體上的輻射換熱量。（2）畫出此時輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)圖，并計算套筒壁間的輻射換熱量。解：（1）單位長度上的換熱量為：（2） 把遮熱罩表面稱為3，其面向表面1的一側(cè)記為3L，面向表面2的一側(cè)記為3R，則相當?shù)妮椛渚W(wǎng)絡(luò)圖如下圖所示。有遮熱罩后，單位長度上的換熱量為：，代入上式得：。僅為原來的4.34。9-39、已知：一內(nèi)腔為0.2m×0.2m×0.2m的正方形爐子。室

20、溫27，爐底電加熱，底面溫度恒定為427，0.8，爐子頂部開口，空腔四周及爐子底面以下均敷設(shè)絕熱材料。不計對流換熱。求：所需電功率。解：這一問題的等效網(wǎng)絡(luò)圖如下圖：，。9-40、已知：如圖為一肋片散熱結(jié)構(gòu)，排數(shù)很多。垂直于紙面方向上視為無限長。肋根溫度為330K，肋片相當薄，0.83，且材料的導(dǎo)熱系數(shù)很大，環(huán)境0K。求：肋片單位面積上的凈輻射換熱量。解：如圖示，這是兩個表面系統(tǒng)的輻射換熱問題。，（以單位深度計）。，。9-41、已知：如圖所示為一傳送帶式的烘箱，輻射加熱表面與傳送帶上被加熱工件間的距離0.35m，加熱段長3.5m，在垂直于紙面方向上寬1m，傳送帶兩側(cè)面及前、后兩端面均可以視為是絕

21、熱的，其余已知條件如圖示。求：（1）輻射加熱面所需的功率；（2）討論去掉前后端面對于熱損失及工件表面溫度場均勻性的影響。解：這是一個三表面組成的換熱系統(tǒng)，其中表面3為絕熱面，由，查得，。去掉前后端面時會增加散熱損失及溫度場的不均勻性。9-42、已知：在兩塊平行放置的相距很近的大平板1與2中，插入一塊很薄且兩個表面發(fā)射率不等的第三塊平板，300，100，0.5，0.8。當板3的A面朝向表面1時，板3的穩(wěn)態(tài)溫度為176.4，當板3的B面朝向表面1時，板3的穩(wěn)態(tài)溫度為255.5。求：表面A、B各自的發(fā)射率。解：據(jù)已知可列出下列兩個方程：，由此兩式得：，由此解得：，。9-43、已知：兩塊尺寸為1m&#

22、215;1m的平行平板1、2，被置于溫度為20的大房間中，兩板間相距1m，發(fā)射率分別為0.4及0.6，溫度分別維持在500與350。不考慮兩板背面的換熱。今在兩板的中間位置上插入一塊發(fā)射率為0.05、尺寸為1m×1m的薄平板3，且沒有采取任何措施來維持板3的溫度。求：用網(wǎng)絡(luò)法確定，穩(wěn)態(tài)時平板1、2各自的凈輻射換熱量及板3的溫度。解：設(shè)板3的兩個表面分別為3及3，房間表面為4，則這一換熱系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡(luò)圖如下圖所示：，。未知量為、，于是有：對：；對：；對：；對：；對：（板3處于輻射熱平衡的條件）。解上述方程組，得：，。，。于是：表面1的凈輻射換熱量，表面2的凈輻射換熱量，平板3的溫度。9

23、-44、已知：用單層遮熱罩抽氣式熱電偶測量一設(shè)備中的氣流溫度，已知設(shè)備內(nèi)壁溫度為90，熱節(jié)點與遮熱罩表面的發(fā)射率均為0.6，氣體對熱節(jié)點及遮熱罩的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為40W/（m2·K）及25W/（m2·K）。氣流真實溫度為180。求：熱電偶的指示值。解：設(shè)熱電偶指示值為，遮熱罩平均溫度為，則有以下兩個關(guān)系式： （1） （2）由第2式：，即，由此解得，代入（1）得：，由此解得，。9-45、已知：用裸露的熱電偶測定圓管氣流的溫度，熱電偶的指示值為170。管壁溫度90，氣流對熱節(jié)點的對流換熱系數(shù)為50W/（m2·K），熱節(jié)點表面發(fā)射率為0.6。求：氣流的真實溫度及測溫誤

24、差。解：， ，測溫誤差：。9-46、已知：一熱電偶被置于外徑為5mm的不銹鋼套管中（=0.7）,且熱節(jié)點與套管底緊密的接觸。該套管被水平地置于一電加熱爐中，以測定爐內(nèi)熱空氣的溫度。爐壁的平均溫度為510，熱電偶讀數(shù)為500。空氣與套管間的換熱為自然對流換熱。求：空氣的真實溫度。解：穩(wěn)態(tài)時，爐壁與熱電偶間的凈輻射換熱量等于熱電偶與氣體之間的自然對流換熱，即。為確定，需要知道。自然對流換熱本應(yīng)以為定性溫度，因未知，姑且以為定性溫度計算之，代入熱平衡方程式得：，由此解得：，進一步的計算應(yīng)以此值與組成定性溫度，重新計算，此處從略。9-47、已知：如上題，如果把裝有熱電偶的套管置于管道中，用來測定作強制

25、對流的氣流溫度。氣流方向與套管軸線垂直，流速為10m/s，其他條件不變。求：氣流的真實溫度。解：仍以為定性溫度，按表5-5，。9-48、已知：如圖，一個雙槽形大電流母線，H=100mm，S=30mm，W=40mm。求：從一個槽體的內(nèi)表面發(fā)出的輻射能穿過槽間間隙落到環(huán)境中的百分數(shù)。解：只要研究其中半個圖形發(fā)出的輻射能穿過上、下開孔處的百分數(shù)即可。由于上下的對稱性，只需研究穿過一個開孔處的百分數(shù)。作輔助線如圖，輔助線的 尺寸都注于其旁，顯然：，即。故向上、下開孔處輻射出去的百分數(shù)為，由于左右對稱，整個內(nèi)表面發(fā)出而落到環(huán)境中的百分數(shù)即為。9-49、已知：如圖，兩薄平板A、B被置于一絕熱的空間內(nèi)，并位

26、于同一平面上，面積分別為、，其4個表面的發(fā)射率分別為、。板A、B分別維持在恒定溫度及。求：畫出這一輻射換熱系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，并列出計算板A、B間凈輻射換熱量的表達式。解：這一換熱系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖如下圖：其中：，。A、B兩板之間總的輻射換熱量為，其中，因平板A、B位于同一平面上，故以上諸表達式中的角系數(shù)均為1。9-50、已知：如圖示為一箱式爐，爐頂為加熱面，底面為冷面，四側(cè)為絕熱面。求：（1）把四周絕熱面作為一個表面處理，計算加熱面的凈輻射換熱量及絕熱面的溫度；（2）把側(cè)面沿高度三等分，假設(shè)每一分區(qū)中的溫度均勻，采用數(shù)值計算方法計算熱表面的凈輻射換熱量及三區(qū)中的溫度；（3）把側(cè)面沿高度五等分，重復(fù)上述計

27、算，并把側(cè)面作為單區(qū)、三區(qū)及五區(qū)的三種計算結(jié)果作一比較。解：（1）把四周絕熱面作為一個表面來處理時，輻射網(wǎng)絡(luò)圖如圖所示：，1、2表面間的凈輻射換熱量：。由，得，。（2）如圖所示：對頂面1、底面2及側(cè)面3、4、5分別列出有效輻射方程，據(jù)第二版習(xí)題73的結(jié)果有：，表面3、4、5為重輻射面，即。對于重輻射角，其有效輻射等于投入輻射，則，利用角系數(shù)的相對性，故有：，。以上諸式的角系數(shù)均可采用代數(shù)方法算出，然后用計算機求解。9-51、已知：如圖，在直徑為D的人造衛(wèi)星外殼上涂了一層具有漫射性質(zhì)的涂料，其光譜吸收特性為=0.6m)及=0.3m)。當它位于地球的陰面一側(cè)時，僅可得到來自地球的投入輻射=340W

28、/m2，且可以視為是平行入射線。而位于地球的亮面一側(cè)時，可同時收到來自太陽與地球的投入輻射，且太陽的投入輻射=1353 W/m2。地球輻射可視為280K下的黑體輻射，人造衛(wèi)星表面的溫度總在500K以下。求：位于陰面與亮面時，在穩(wěn)態(tài)情形下的表面平均溫度。解：（1）位于陰面時，03的輻射能占280K黑體輻射能份額：，故，熱平衡式為：，。（2）位于陽面時，的輻射能占5800K黑體輻射能的份額：，故，熱平衡式為：，（以上計算中認為宇宙空間是0K空間）。9-52、已知：一正三角形截面的通道垂直于紙面方向為無限長。3個表面中，表面1、2有均勻的輻射換熱熱流，而表面3有均勻壁溫，表面反射率均為。求：（1）寫

29、出確定3個表面有效輻射、的方程式；（2）寫出確定表面1、2溫度的方程式；（3）寫出表面3凈輻射換熱熱流的方程式。解：（1）對已知壁溫的表面3，利用習(xí)題8-50的結(jié)果可得： ，對已知輻射換熱熱流密度的表面1及2，將的關(guān)系代入上式，得：，整理之，有， 對表面1、2，以上諸式中，。（2）由、的聯(lián)立方程解得、后，即可以由以下兩式確定、：，。（3）解出后，可確定，。氣體輻射9-53、已知：一爐子的爐膛可近似的看成為高度等于直徑的圓柱體殼，直徑為1m，其內(nèi)是由二氧化碳、水蒸氣和非吸收性氣體組成的1400K的燃氣，總壓力為105Pa。爐膛四周布置有冷卻水管，以保證爐膛四壁溫度維持在600K。燃氣與爐壁間的對

30、流換熱略而不計。求：冷卻水應(yīng)帶走的熱量。 解：按表8-1，由圖8-39得，由圖8-43近似的查得，。為計算，按及下列兩個之積查曲線：，。按式（8-32），按圖8-43查得，于是有： 。按式（8-34）：。9-54、已知：一燃氣輪機的燃燒室可以近似的視為直徑為0.4m的一根長管道。燃氣壓力為105Pa，溫度為1100；燃燒室壁溫為500。CO2及水蒸氣的摩爾分數(shù)各為0.15，燃燒室壁溫可近似的作為黑體處理。求：燃燒室與燃氣間的輻射換熱量。解：，。查圖8-39得，由圖8-41得，。按及得：，故單位面積上輻射換熱量。9-55、已知：平均溫度為550的燃氣在內(nèi)徑為200mm的長圓管中流過，總壓力為10

31、5Pa，其中含有13的CO2及11的水蒸氣，其余為非吸收性氣體。管子內(nèi)壁平均溫度為150，可視為黑體。求：混合氣體與單位長度管壁之間的輻射換熱量。設(shè)氣體的流速為10m/s，確定此時對流換熱量與輻射換熱量的相對大小。解：（1）對流計算：，采用式（5-57）：,（2）輻射計算：，查圖得：=0.057，=0.072，=1.0，=1.05，=0.000，。，按及上述之值查得=0.056，=0.051，=0.000，故對流換熱量是輻射換熱量的倍。9-56、已知：一電站鍋爐，爐膛容積，爐墻面積。燃燒產(chǎn)物中水蒸氣的體積分數(shù)（容積分數(shù)）為0.121，二氧化碳的體積分數(shù)為0.124，燃燒產(chǎn)物的平均溫度為1100

32、，爐內(nèi)壓力為。求：爐膛內(nèi)煙氣對包壁的平均輻射的發(fā)射率。解：采用第二版式（6-54）來計算：，代入第二版式（6-55）得： ；如按式（8-31）查圖，則，兩者符合較好。說明：由于黑度圖線查取時的誤差，習(xí)題55-58答案都是近視值，應(yīng)允許適當范圍的波動。綜合分析 9-57、已知：如圖，一排平行布置的圓柱狀電加熱元件用來使爐墻的一個表面維持在500K，該墻的外側(cè)面絕熱良好，而內(nèi)側(cè)受溫度的流體冷卻，。爐子的另一側(cè)墻壁維持在溫度300K。該加熱元件及兩個墻表面均可作為黑體。 求：加熱元件表面的工作溫度。 解： 對外側(cè)絕熱的表面作平衡分析，穩(wěn)態(tài)時有：，：加熱元件與熱表面間的換熱；：熱表面與冷表面間輻射換熱

33、；：對流換熱。，于是有：， =。， 。為維持，及、h不變，改變s時對有什么影響？、；、。 9-58、已知：一燃燒試驗設(shè)備的壁面上安置了一塊圓形的耐熱玻璃，直徑為5cm，穿透比r=0.9，發(fā)射率，反射比。環(huán)境溫度為20。玻璃溫度是均勻的，其表面與壁面齊平，外表面的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為9.6。燃燒溫度為1000k。 求：玻璃的溫度及散失到環(huán)境中的熱量。 解：當玻璃處于穩(wěn)態(tài)換熱時，可以認為玻璃與爐膛間輻射換熱中玻璃吸收的部分能量=外表面的自然對流換熱+與環(huán)境間的輻射換熱。 于是有：， 由此得：，解得： ，散熱量。9-59、已知：一種利用半導(dǎo)體材料直接進行發(fā)電的原理如圖所示，位于中心的陶瓷管受內(nèi)部燃

34、氣加熱維持表面溫度為1950K，半導(dǎo)體材料制成的圓管，其外用導(dǎo)熱性能極好的金屬層圍住，金屬層外用293K的冷卻水予以冷卻。陶瓷管與半導(dǎo)體表面之間為真空。，陶瓷管表面為漫灰體，；半導(dǎo)體材料亦可視為漫灰體，。半導(dǎo)體材料輸出的電功率是其所吸收的輻射能中范圍內(nèi)的輻射能的10%。沿直徑方向可視為無限長。求：單位長度設(shè)備所能輸出的電功率。解：近視認為陶瓷外表面溫度即為燃氣溫度，半導(dǎo)體表面溫度即為冷卻水溫度。則內(nèi)管表面與半導(dǎo)體表面之間形成兩平行的換熱系統(tǒng)。，單位外表面積上的換熱量為： 。由于，外表面的輻射換熱量實際上等于所吸收的內(nèi)表面的輻射換熱量。功率。%；%；=0.6177=61.6%。單位長度外表面面積

35、，單位長度上功率為：。9-60、已知：在一個刮風的日子里，太陽投射到一幢大樓的平屋頂上的輻射能為，屋頂與溫度為25的氣流間的對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為。天空可以看著為-10的黑體。屋頂材料對太陽能的吸收比為0.6，自身發(fā)射率為0.2。 求：屋頂表面在穩(wěn)態(tài)下的溫度。 解：穩(wěn)態(tài)下屋頂所吸收的太陽能等于其向環(huán)境的字讓對流及輻射換熱量， 即：,由此得：， 解得： 。9-61、已知：煤粉爐爐膛中的水冷壁管常因其表面結(jié)渣兒使傳熱過程受到消弱。為估計結(jié)渣、結(jié)灰的影響采用以下簡化的模型：外徑為的水冷壁管內(nèi)部發(fā)生流動沸騰過程，飽和水溫為。管外受的煙氣對流換熱，。火焰對水冷壁管的輻射可以等效的看成為來自的大空間的輻

36、射。水冷壁管發(fā)射率。（1）管外干凈無灰渣；（2）管外結(jié)了一層均勻灰渣，厚，其導(dǎo)熱系數(shù)為,灰渣表面發(fā)射率，其余條件不變。 求：上表面兩種情況下單位管子上水冷壁管從爐膛得到的熱量。 解： 管內(nèi)沸騰換熱十分強烈，可近視地認為。（1） 無灰垢時，單位長度管子上的換熱量為：，取，則有：，。（2） 表面結(jié)灰垢時，灰垢層熱阻：，對流輻射環(huán)節(jié)總熱阻：，結(jié)灰垢后的計算關(guān)鍵是要找出灰垢表面溫度，它應(yīng)滿足一下關(guān)系式：，其中，取計算之， ：. ， 又取， . ， 兩者的偏差已小于1%，取其平均值得結(jié)灰垢后的傳熱量為。 9-62、已知：一種測定高溫下固體材料導(dǎo)熱系數(shù)的示意性裝置如圖所示，厚為的方形試件（邊長為b）被置于

37、一大加熱爐的爐底，其側(cè)邊絕熱良好，頂面受高溫爐的輻射加熱，底面被溫度為的冷卻水冷卻，且冷卻水與地面間的換熱相當強烈。試件頂面的發(fā)射率為， 表面溫度用光學(xué)高溫測定。爐壁溫度均勻，且為。 測定在穩(wěn)態(tài)下進行。 求：（1）導(dǎo)出試件平均導(dǎo)熱系數(shù)計算式（設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)與溫度呈線性關(guān)系）：（2）對于、，的情形，計算導(dǎo)熱系數(shù)的值。 解：（1）在穩(wěn)態(tài)工況下，試件頂面與爐膛的輻射換熱量等于通過試件的導(dǎo)熱量，且試件兩表面溫度分別為和，故有：，即。 （2）。 9-63、已知：如圖，1、2兩表面在垂直于紙面方向上為無限長。為了求得，有一個學(xué)生接了一個平行四邊形并作出了假象表面、。他認為，由于表面1發(fā)出的輻射能在到達表面2之

38、前先要經(jīng)過假象面，因而有。可立即查表得出。 求：你是否同意這種看法，闡述你的理由，并用具體的例子說明之。 解：這種方法是不正確的，不能對假象表面隨意地賦予具有角系數(shù)計算時所嘉定的那些表面特性。舉例極速啊你如下：設(shè)表面、寬度均為1，其間垂直距離為2。如圖所示。則對角線，非對角線。按交叉線法：，弧度，。如果按學(xué)生提出的方法則有：。可見兩者是不同的，差32.5%。小論文題目9-64、已知：如右圖，8個表面組成封閉腔。 表面12345678400500400700800700000.60.60.60.20.20.2角系數(shù)23456780000.420.200.050.290.0420000.200.4

39、20.200.090.0930000.050.200.420.040.2940.420.200.050000.290.0450.200.420.200000.090.0960.050.200.420000.040.2970.290.090.040.290.090.0400.1680.040.090.290.040.090.290.160求：編寫一個能求解N(N8)個表面組成的封閉孔腔內(nèi)輻射換熱的計算機程序，要求程序能同時處理已知壁溫及輻射換熱量的兩類表面，同時輸：（1）各個表面的有效輻射；（2）已知溫度表面的輻射換熱熱流密度；（3）已知輻射換熱熱流密度表面的溫度。并利用上述程序求解上面換熱問題。解：此題取材于Iternational Journal of MechanicalEngineeringEducation,vol.ll,No.2,pp.113-120,1983,可參閱。 9-65、已知：如定義空間任意兩個表面1、2間的輻射換熱量為：表面1的自身輻射最終為表面2所吸收的值減去表面2的自身輻射最終被表面1所吸收的值（包括直接輻射的吸收及經(jīng)歷各次反射后的吸收）。兩表面在垂直于紙面的方向上為無限長，表面1、2的、以及、為已知，表面3為