傳熱學(xué)習(xí)題集

鄭州大學(xué)

傳熱學(xué)

習(xí)題集

蘇小江

2014/6/1

內(nèi)容：書中例題和課后習(xí)題

緒論

［例0-1］某住宅碑墻壁厚為用=240mm,其導(dǎo)熱系數(shù)為4=0.6W/(n??K),墻壁

內(nèi)、外兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為：4=7.5W/(/.K),他=1°W/(川，K),冬季

內(nèi)外兩側(cè)空氣的溫度分別為“=20。生=-5C試計(jì)算墻壁的各項(xiàng)熱阻，傳熱系

數(shù)以及熱流密度。

［例0-2］一冷庫外墻的內(nèi)壁面溫度為4=-12°C,庫內(nèi)冷凍物及空氣溫度均為

tf=-18℃o已知壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為/2=5W7(加2.K),壁與物體間的系統(tǒng)輻射系數(shù)

G、2=5.1卬/。后-K4),試計(jì)算該壁表面每平方米的冷量損失？并對比對流換熱與熱輻射

冷損失的大??？

13、求房屋外墻的散熱熱流密度q以及它的內(nèi)外表面溫度和tw2。已知：6=360mm,室

外溫度方=-10℃,室內(nèi)溫度％=18℃,墻的入=0.61W/(m.K),內(nèi)壁表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

h1=87W/(m2.K),外壁h2=124W/(m2.K)。已知該墻高2.8m,寬3m,求它的散熱量中？

15、空氣在一根內(nèi)徑50mm，長2.5m的管子內(nèi)流淌并被加熱，已知空氣平均溫度為85℃,管

2

壁對空氣的h=73W/m.℃,熱流通量q=5110W/〃K。，試確定管壁溫度及熱流量。

16、已知兩平行平壁，壁溫分別為％i=50℃,tw2=20℃,輻射系數(shù)G.2=3.96,求每平方

米的輻射換熱量W/根2°若twi增加到200℃,輻射換熱量變化了多少？

第一章導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)

［例1-1］厚度為G的無限大平壁，人為常數(shù)，平壁內(nèi)具有勻稱內(nèi)熱源q^W/mD,平壁x=0

的一側(cè)絕熱，x=b的一側(cè)與溫度為'/的流體直接接觸進(jìn)行對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是已

知的，試寫出這一穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的完整數(shù)學(xué)描述。

［例1-2］一半徑為R長度為1的導(dǎo)線，其導(dǎo)熱系數(shù)X為常數(shù)。導(dǎo)線的電阻率為P(Q.mVm)。

導(dǎo)線通過電流1(A)而勻稱發(fā)熱。已知空氣的溫度為夕導(dǎo)線與空氣之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h,

試寫出這一穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的完整數(shù)學(xué)描述。

2、已知Low-e膜玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為0.62W/(m.K)玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為0.65W/(m.K)空氣的導(dǎo)

熱系數(shù)為0.024W/(m.K)氤氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.016W/(m.K)試計(jì)算該膜雙中空玻璃導(dǎo)熱熱阻。

1

6、一厚度為50mm的無限大平壁，其穩(wěn)態(tài)溫度分布為：t=a+bx9式中a=200℃,

b=-200CTC/m2。若平壁材料導(dǎo)熱系數(shù)為45W/mrC,試求：⑴平壁兩側(cè)表面處的熱流通量；

(2)平壁中是否有內(nèi)熱源？為什么？若有的話，它的強(qiáng)度應(yīng)是多大？

其次章穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

［例2-1］有一鍋爐爐墻由三層組成，內(nèi)層是厚61=230mm的耐火磚，導(dǎo)熱系數(shù)A1

=1.10W/(mK);外層是G3=240mm的紅磚層，導(dǎo)熱系數(shù)入3=0.58W/(mK);兩層中間填

以G2=50mm的水泥珍寶巖制品保溫層，導(dǎo)熱系數(shù)A2=0.072W/(mK)o已知爐墻內(nèi)、外

兩表面溫度tw1=500℃、tw2=50℃,試求通過爐墻的導(dǎo)熱熱流密度及紅磚層的最高溫

度。

［例2-2］一由三層平壁組成的鍋爐爐墻，結(jié)構(gòu)與例2-1相同。但已知邊界條件改為第三

類，即：爐墻內(nèi)側(cè)溫度夕1=511七,煙氣側(cè)對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1=31.1W/(m.K);爐墻

外廠房空氣溫度％=22℃,空氣側(cè)對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h2=12.2W/(m.K)o試求通過該

爐墻的熱損失和爐墻內(nèi)、外表面的溫度twl和12。

［例2-3］一爐渣混凝土空心砌塊，結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。爐渣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)

Xi=0.79W/(mK),空心部分的導(dǎo)熱系數(shù)九2=0.29W/(mK)。試計(jì)算砌塊的導(dǎo)熱熱阻。

［例2-4］外徑為200mm的蒸汽管道，管壁厚8mm,管外包硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料保溫層，導(dǎo)

熱系數(shù)入1=0.022W/(m.K),厚40mm。外殼為高密度聚乙烯管，導(dǎo)熱系數(shù)入2=0.3W/(m.K),

厚5mm。給定第三類邊界條件：管內(nèi)蒸汽溫度％=300℃,管內(nèi)蒸汽與管壁之間對流換熱的

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1=120W/(m.K);四周空氣溫度t"=25℃,管外殼與空氣之間的表面?zhèn)鳠嵯?/p>

數(shù)h2=10W/(m.K)。求單位管長的傳熱系數(shù)出、散熱量/和外殼表面溫度tw3。

［例2-5］設(shè)管道外徑d=15mm，假如用軟質(zhì)泡沫塑料作為保溫層是否合適？已知其導(dǎo)熱系數(shù)人

=0.034W/(m.K)，保溫層外表面與空氣之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=10W/(m.K)o

［例2-6］—鐵制的矩形直肋，厚6=5mm，高H=50mm，寬L=1m,材料導(dǎo)熱系數(shù)A=58

w/mK,肋表面放熱系數(shù)h=12w/mK，肋基的過余溫度%=80℃?求肋表面散熱量和肋

端過余溫度。

［例2-6］如圖2-18所示的環(huán)形肋壁，肋片高度1=19.1mm,厚度b=1.6mm,肋片是鋁制并鑲

在直徑為25.4mm的管子上，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)入=214W/(m.K)。已知管表面溫度t°=171.1℃,

四周流體溫度丐=21.1P,肋片表面與四周流體之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=141.5W/(mtK),試

計(jì)算每片肋片的散熱量。

［例2-8］一傳達(dá)室小屋，室內(nèi)面積為3mx4m,高度為2.8m,紅磚墻厚度為240mm,紅磚的

導(dǎo)熱系數(shù)為0.43W/(m.K)o已知墻內(nèi)表面溫度為2(TC,外表面溫度為-5°C,試問通過傳達(dá)

室的四周墻壁的散熱量為多少？

8、某建筑物的混凝土屋頂面積為20m2,厚為140mm,外表面溫度為-15℃。已知混凝土

的導(dǎo)熱系數(shù)為1.28W/(m.K)，若通過屋頂?shù)纳崃繛?.5x105,試計(jì)算屋頂內(nèi)表面的溫度。

9、某教室的墻壁是一層厚度為240mm的磚層和一層厚度為20mm的灰泥構(gòu)成?，F(xiàn)在擬安

裝空調(diào)設(shè)施，并在內(nèi)表面加一層硬泡沫塑料，使導(dǎo)入室內(nèi)的熱量比原來削減80%o已知磚

的導(dǎo)熱系數(shù)入=0.7W/(mK),灰泥的入=0.58W/(m-K),硬泡沫塑料的入=0.06W/(mK),試求

加貼硬泡沫塑料層的厚度。

16、蒸汽管道的內(nèi)、外直徑分別為160mm和170mm,管壁導(dǎo)熱系數(shù)入=58W/m「C,管外

掩蓋兩層保溫材料：第一層厚度62=30mm，導(dǎo)熱系數(shù)入2=0.093W/m.℃;其次層63=40mm,

導(dǎo)熱系數(shù)入3=0.17W/mJC,蒸汽管的內(nèi)表面溫度twi=300°C。保溫層外表而溫度

tw4=50℃,試求：（1）各層熱阻，并比較其大小，（2）每米長蒸汽管的熱損失，（3）各層之間的

接觸面溫度tw2和

19、一外徑為100mm,內(nèi)徑為85mm的蒸汽管道，管材的導(dǎo)熱系數(shù)為入=40W/（m-K）,其

內(nèi)表面溫度為180℃,若采納入=0.053W/（m-K）的保溫材料進(jìn)行保溫，并要求保溫層外表

面溫度不高于40七，蒸汽管允許的熱損失qi=52.3W/m。問保溫材料層厚度應(yīng)為多少？

23、始終徑為d,長度為I的瘦長圓桿，兩端分別與溫度為t1和t2的表面緊密接觸，桿的側(cè)面

與四周流體間有對流換熱，已知流體的溫度為％而》＜t1或⑵桿側(cè)面與流體間的表面?zhèn)鳠嵯?/p>

數(shù)為h,桿材料的導(dǎo)熱系數(shù)為兒試寫出表示瘦長桿內(nèi)溫度場的完整數(shù)學(xué)描述，并求解其溫度分

布。

24、一鋁制等截面直肋，肋高為25mm，肋厚為3mm，鋁材的導(dǎo)熱系數(shù)為入=140W/(m-K),

四周空氣與肋表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h=752w/(m2.k)。已知肋基溫度為80℃和空氣溫度

為30℃,假定肋端的散熱可以忽視不計(jì)，試計(jì)算肋片內(nèi)的溫度分布和每片肋片的散熱量。

27、一肋片厚度為3mm,長度為16mm,是計(jì)算等截面直肋的效率。(1)鋁材料肋片，其

導(dǎo)熱系數(shù)為140W/(m.K),對流換熱系數(shù)h=80W/(m2K);(2)鋼材料肋片，其導(dǎo)熱系數(shù)為

2

40W/(m.K),對流換熱系數(shù)h=125W/(m.K)o

第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

［例3-1］一無限大平壁厚度為0.5m,已知平壁的熱物性參數(shù)入=0.815W/(m.k),

c=0.839kJ/(kg.k),p=1500kg/m3,壁內(nèi)溫度初始時均為全都為18°C,給定第三類邊界條件：

壁兩側(cè)流體溫度為8℃,流體與壁面之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=8.15w/(m2.K),試求6h后

平壁中心及表面的溫度。

［例3-2］已知條件同例3-1,試求24h及三晝夜后，平壁中心及表面的溫度；并求24h中每

平方米平壁表面放出的熱量。

［例3-3］一道用磚砌成的火墻，已知磚的密度p=1925kg/m3比定壓容Cp=O.835kJ/(kg.℃),

導(dǎo)熱系數(shù)入=0.72W/(m.℃)o突然以110℃的溫度加于墻的一側(cè)。假如在5h內(nèi)火墻另一側(cè)

的溫度幾乎不發(fā)生變化，試問此墻的厚度至少為多少？若改用耐火磚砌火墻，耐火磚的密度

p=2640kg/m，,比定壓容Cp=0.96kJ/(kgrC),導(dǎo)熱系數(shù)入=1.0W/(mJC),這時此墻的厚度

至少為多少？

［例3-4］應(yīng)用恒定作用的熱源法測定建筑材料的熱集中率。采納5~10pm厚的糠銅箔作為平

面熱源，已知初始溫度t0=18℃,通電加熱360s后，測量得到x=0處的溫度％=0=31.1℃,

x=20mm處的溫度|“S=20.64℃,試計(jì)算該材料的熱集中率。

［例3-5］有始終徑為0.3m、長度為0.6m的鋼圓柱，初始溫度為2(TC,放入爐溫為1020℃

的爐內(nèi)加熱，已知鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入=30W/(mK),熱集中率a=6.25x10-6m2/s,鋼柱表面

與爐內(nèi)介質(zhì)之間的總換熱系數(shù)h=200w/(m2K),試求加熱1h時后，如圖所示鋼柱表面和中

心點(diǎn)1、2、3和4的溫度以及加熱過程中汲取的熱量。

8、一鋼板厚度為3mm，面積為”1m1初始溫度勻稱為300℃,放置于20P的空氣中冷卻。

已知鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)為入=48.5W/(mk),熱集中率a=12.7x10-6nf/s,板與空氣之間的表面?zhèn)?/p>

2

熱系數(shù)h=39W/(m.K)，問需要多長時間鋼板才能降低至50℃o

9、一不銹鋼板厚度為0.15m,初始溫度為2CTC,放置在溫度為1200P的爐內(nèi)加熱，已知

不銹鋼熱集中率為3.95xl0-6m2/s，鋼板在爐內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為250W/(m?.K)，試求鋼板

加熱到800P時所需時間。

10、將初始溫度為80℃,直徑為20mm的銅棒突然置于溫度為20。以流速為12m/s的風(fēng)

道中,5min后銅棒溫度降低到34℃O計(jì)算氣體與銅棒的換熱系數(shù)？已知：銅棒p=8954kg

m3,c=383.1J(kg.℃),A=386W(m.℃)

11、有兩塊同樣材料的平壁A和B,已知A的厚度為B的兩倍，兩平壁從同一高溫爐中取

出置于冷流體中淬火，流體與平壁表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)近似認(rèn)為是無限大。已知B平壁中

心點(diǎn)的過余溫度下降到初始過余溫度的一半需要12min，問平壁A達(dá)到同樣的溫度需要多

少時間？

13、一加熱爐爐底是40mm的耐火材料砌成，它的導(dǎo)溫系數(shù)為5x10-7m2/s,

導(dǎo)熱系數(shù)為4.0W/m「C,爐子從室溫25℃開頭點(diǎn)火，爐內(nèi)很快形成穩(wěn)態(tài)的1260℃的高溫氣

體，氣體與爐底表面間換熱系數(shù)為40W/m.℃,問達(dá)到正常運(yùn)行要求爐底壁表面溫度為

1000℃,試確定從點(diǎn)火到正常運(yùn)行要求所需時間。

第四章導(dǎo)熱數(shù)值解法基礎(chǔ)

［例4-1］設(shè)有一矩形薄板,參看圖4-4,已知a=2b,在邊界x=0和y=0處是絕熱的，在x=a處

給出第三類邊界條件，即給定h和tf,而邊界y=b處給出第一類邊界條件，即溫度為已知

t=C",Ci2，Ci3,…C［5。試寫出各節(jié)點(diǎn)的離散方程。

［例4-2］—矩形薄板，節(jié)點(diǎn)布置參看圖4-5,薄板左側(cè)邊界給定溫度200℃,其他三個界面給

定溫度為50℃,求各節(jié)點(diǎn)溫度。

[例4-3]一半無限大物體，初始時各處溫度勻稱全都并等于0℃,物體的熱集中率

62

a=O.6xlO-m/s,己知物體表面溫度隨時間直線變化，tw=0.25i,試用顯式格式計(jì)算過程

開頭后10min時半無限大物體內(nèi)的溫度分布。

[例4-4]一厚度為0.06m的無限大平壁，初始溫度為20℃給定壁兩側(cè)的對流換熱邊界條件：

流體溫度為150℃,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=24W/(m2.K)。已知平壁的導(dǎo)熱系數(shù)入=0.24W/(m.K),

熱集中率a=0.147xl0-6m2/s,試計(jì)算2min后，無限大平壁內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的溫度。

[例4-5]一厚度為0.1m的無限大平壁，兩側(cè)均為對流換熱邊界條件，初始時兩側(cè)流體溫度

與壁內(nèi)溫度全都tf1=tf2=tO=5°C;已知兩側(cè)對流換熱系數(shù)分別為h1=11W/(m2K\h2=23W/

(m2K),壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)九=0.43VW(mK),導(dǎo)溫系數(shù)a=0.3437x10-6m2/so假如一側(cè)

的環(huán)境溫度tf1突然上升為50P并維持不變，計(jì)算在其它參數(shù)不變的條件下，平壁內(nèi)溫度分

布及兩側(cè)壁面熱流密度隨時間的變化規(guī)律，始終計(jì)算到新的穩(wěn)態(tài)傳熱過程為止。

第五章對流換熱分析

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

(1)求*=250mm處下列各項(xiàng)局部值:S.St.Cf.x.hx,并計(jì)算全板長的平均傳熱系數(shù)h,全

板換熱量(p。(W:板寬為1m)

(2)沿板長方向計(jì)算&;瓦；h;心的變化，并繪制曲線顯示參數(shù)的變化趨勢。

[例5-2]2(TC空氣在常壓下以33.9m/s速度外掠長250mm的平板，壁溫tw=60℃。

(1)求x=250mm處下列各項(xiàng)局部值：5;企；h;Q;計(jì)算全板的換熱量e(W,板寬為

1m)；

(2)沿板長方向計(jì)算b;6;h;自隨x的變化，并繪制曲線顯示參數(shù)的變化趨勢。

［例5-3］常壓下20七的空氣以33.9m/s外掠壁溫為6CTC的平板，板長為1.5m,求該板的平

均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及換熱量（板寬按1m計(jì)算b

［例5-4］計(jì)算上例的局部及平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沿板長的變化，并繪成圖。

12、20年的水以1.5m/s的速度外掠平板按積分方程解求離前緣150mm處的邊界層厚度。

13、由微分方程解求外掠平板，離前緣150mm處的流淌邊界層及熱邊界層度，已知邊界平

均溫度為60℃,速度為Uz=0.9m/So

18、空氣以10m/s速度外掠0.8m長平板，7=80℃&=30℃,計(jì)算該板在臨界Re下的小，

5

全板平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)以及換熱量（板寬為1m,已知Rec=5xl0）

19、與上題同樣換熱參數(shù)，但流體為水，試與上題作比較。

23、已知某對流換熱過程的熱邊界層溫度場可表達(dá)為t=a-by+cy2,壁溫為tw，主流溫度為

tf,試求它的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

26、溫度丐=80℃的空氣外掠tw=30℃的平板，已知械=124.4x-1/2，試求該平板長為0.3m,

寬0.5m時的換熱量(仍不計(jì)寬度的影響)？

31、煤氣以平均流速u7n=20m/s流過內(nèi)徑d=16.9mm,長l=2m的管子，由于不知道它的表

面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，今用實(shí)測得管兩端煤氣的壓降邪為35N/m：,試問能否確定此煤氣與管壁的

平均傳熱系數(shù)？已知該煤氣的物性是：p=0.3335kg/m3,cp=4.198kJ/(mg.k),v

=47.38xl0-6m2/s,A=0.191W/(m.K).管內(nèi)流淌摩擦系數(shù)f的定義式是：他=弓,又已知：

St.P//3=L(管內(nèi)流淌兩傳類比率)。

8

第六章單相流體對流換熱

［例6-1］一臺管殼式蒸汽熱水器，水在管內(nèi)流速itm=0.85m/s,全管水的平均溫度，t/=90℃,

管壁溫度7=115℃,管長1.5m,管內(nèi)徑d=17mm,試計(jì)算它的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

［例6-2］某廠燃?xì)庖豢諝饧訜崞鳎阎軆?nèi)徑d=0.051m每根管內(nèi)空氣質(zhì)流量M=0.0417kg/s,

管長l=2.6m,空氣進(jìn)口溫度t/=3(TC,壁溫保持tw=25(TC,試計(jì)算該加熱器管內(nèi)表面?zhèn)鳠?/p>

系數(shù)。

［例6-3］某換熱設(shè)施管子長l=2m,內(nèi)徑d=0.014mm,生產(chǎn)過程中壁溫保持tw=78.6℃,進(jìn)口

水溫t；=22.FC,問管內(nèi)水的平均流速為若干m/s時，其出口水溫t；達(dá)到50℃?并確定此

時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)？

［例6-4］某廠在改進(jìn)換熱器時，把圓管改制成橢圓形斷面管（設(shè)改制后周長不變卜已知橢圓

管內(nèi)的長半a=0.02m,短半軸b=0.012m,試計(jì)算在同樣流量及物性條件下，橢圓管與圓管

相比，其管斷面積，當(dāng)量直徑，流速，Re,Nu,h及壓降等的變化比。

［例6-5］水以1.5m/s的速度流過d=25mm,l=5m,△p=5.6kPa的管子，管壁tw=90℃,進(jìn)出

口水溫分別為25℃和50℃,試從類比律計(jì)算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)并與按光滑管計(jì)算的結(jié)果比較。

［例6-6］空氣橫掠叉排管束，管外經(jīng)d=25mm,管長/=1.5m,每排有20根管子，共有5

f=/5℃

排叉排Si=50mm、S2=37mm。已知管壁溫度為tw=110℃空氣進(jìn)口溫度為‘''

2

空氣流量％=5000/Vm/ho求空氣流過管束加熱器的表面換熱系數(shù)。

［例6-7］試求新型豎直管束（采納外徑d=30mm的管材腹氣散熱器自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，

已知管長H=1800mm,表面溫度tw=86℃,室溫=18℃。

［例6-8］以常熱流加熱的豎直平壁熱流通量q=255W/zn2,外界空氣溫度為20℃壁高0.5m。

若不計(jì)表面輻射，試計(jì)算該壁自然對流平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

［例6-9］計(jì)算豎壁封閉空氣夾層的當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也隨夾層厚度的變化，設(shè)夾層兩側(cè)表面

溫度分別為twi=20℃,t2=0℃,夾層高H=1m,計(jì)算厚度。從3~60mm。

16、進(jìn)口溫度為10℃,質(zhì)流量為0.045kg/s的空氣在直徑51mm,長2m的管內(nèi)被加熱，

壁溫保持20（TC,試用式（6-4）計(jì)算它的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和出口溫度。

1.23、空氣在管內(nèi)受迫對流換熱，已知管徑d=51mm,管長l=2.6m,空氣質(zhì)流量M=

0.0417kg/s,進(jìn)口溫度t'f=30℃,管壁的熱流密度q=12120W/m，,求該管的平均表面?zhèn)?/p>

熱系數(shù)h,空氣在管子進(jìn)口和出口端的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h',h",出口溫度t"f,管壁進(jìn)口

和出口端的壁溫t'w,f'wo

28、空氣以0.0125kg/s流量流過直徑50mm，長為6m的圓管溫度由23.5℃加熱到62七，

試求在常壁溫?fù)Q熱條件下管壁溫度tw,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h及換熱量①。（建議用式（6-5）計(jì)

算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)）

33、空氣橫向拂過單管，管外徑12mm,管外最大流速u=14m/s,空氣溫度tf=30.1℃,壁

溫tw=12QC。求空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

35、水橫向拂過5排叉排管束，管束中最窄截面處流速u=4.87m/s,平均溫度tf=20.2P,

立=a=1.25

壁溫tw=25.2℃,管間距dd,d=19mm,求水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

44、頂棚表面溫度13℃,室內(nèi)溫度25℃，頂棚4mx5m,試求自然對流換熱量及其表面?zhèn)鳠?/p>

系數(shù)。

45、傾斜放置，溫度為45P的1mx1m平板,熱面朝上接受輻射熱300W/m2,輻射熱被全

部汲取，然后以自然對流方式散出，環(huán)境溫度為0℃,板背面絕熱。試求穩(wěn)態(tài)時，該板平均

溫度能達(dá)到的最大值。

2.52、某建筑物墻壁內(nèi)空氣夾層厚&=75mm，高2.5mm，兩側(cè)壁溫分別為twi=15℃,tw2=5℃,

求它的當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及每平方米通過夾層的熱量。

第七章凝聚與沸騰換熱

［例7-1］一臺臥式蒸汽熱水器，黃銅管外徑d=126mm,表面溫度tw=60℃,水蒸氣飽和溫度

ts=140℃,熱水器垂直列上共有12根管，求凝聚表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

［例7-2］外徑50mm管子垂直放置，ts=12(TC的干飽和水蒸氣在管外凝聚，管長l=3m,

tw=100℃,試求凝液膜液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r的高度與及該管全長平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

［例7-3］試用能量守恒原理論證式（7-9），推導(dǎo)時按線性溫度分布考慮液膜的過冷度。

［例7-4］一橫放的試驗(yàn)用不銹鋼電加熱蒸汽發(fā)生器，水在電熱器管外大空間沸騰，肯定壓強(qiáng)

為1.96xlO5Pa,已知電功率為5kW,管外徑16mm,總長3.2m,求表面沸騰表面?zhèn)鳠嵯?/p>

數(shù)，并檢驗(yàn)它的壁溫。

［例7-5］在1.013xl05Pa肯定壓強(qiáng)下，純水在加=1179拋光銅質(zhì)加熱面上進(jìn)行大空間泡態(tài)沸

騰，試求q及h。

第八章熱輻射的基本定律

［例8-1］測定對應(yīng)于太陽最大光譜輻射力E9max的峰值波長Amax約為0.503pmo若太陽可以

近似看作黑體看待，求太陽的表面溫度。

［例8-2］試分別計(jì)算5762K、3800K、2800K、1000K、400K的黑體最大光譜輻射力《以即磔

所對應(yīng)的峰值波長/Imax,以及黑體輻射中可見光和紅外線輻射(0.76~1000pm)能量占黑

體總輻射能量的比例。

［例8-3］已知某太陽能集熱器的透光玻璃在波長從入1=0.35pm至入2=2.7的范圍內(nèi)的穿透比

為85%,在此范圍之外是不透射的。試計(jì)算太陽輻射對該玻璃的穿透比。把太陽輻射作為

黑體輻射看待，它的表面溫度為5762Ko

［例8-4］在一個直徑為0.02m、溫度為1200K圓形黑體表面的正上方l=0.3m處，有一個平

行于黑體表面、直徑為0.05m的輻射熱流計(jì)，如圖8-7所示。試計(jì)算該熱流計(jì)所得到的黑

體投入輻射能是多少？若輻射熱流計(jì)仍處于同樣高度，求熱流計(jì)偏移多少距離，熱流計(jì)得到

的黑體投入輻射能為原來的50%o

［例8-5］某漫射表面溫度T1=300K，其光譜汲取比如圖8-11所示。把它放在壁溫T2=1200K

的黑空腔中，計(jì)算此表面的汲取比a和放射率耳

第九章輻射換熱計(jì)算

［例9-1］兩個相距300mm、半徑為300mm的平行放置的圓盤。相對兩表面的溫度分別為

力=500℃及t2=227°C放射率分別為？=°2及邑=°4，兩表面間的輻射角系數(shù)Xi,2=0.38.

圓盤的另兩個表面不參加換熱。當(dāng)將此兩圓盤置于一壁溫為t3=27P的一個大房間內(nèi)，試計(jì)

算每個圓盤的凈輻射換熱量和容器壁3的溫度。

［例9-2］有一空氣間層，熱表面溫度t1=300℃,冷表面溫度t2=50℃o兩表面的放射率￡1=￡

2=0.85o當(dāng)表面尺寸遠(yuǎn)大于空氣層厚度時，求此間層每單位表面積的輻射換熱量。

2

［例9-3］m,板面的放射率￡1=0.94,溫度t1=107℃o假如輻射板背面及側(cè)面包有保溫絕熱

材料，求輻射板面與車間墻面間的輻射換熱量。已知墻面溫度t2=12P,不計(jì)輻射板背面及

側(cè)面的輻射作用。

［例9-4］兩個相距300mm、半徑為300mm的平行放置的圓盤。相對兩表面的溫度分別為

力=500℃及t2=227℃放射率分別為⑦=°2及邑=04兩表面間的輻射角系數(shù)X1,2=0.38.

圓盤的另兩個表面不參加換熱。當(dāng)將此兩圓盤置于一壁溫為t3=27°C的一個大房間內(nèi)，試計(jì)

算每個圓盤的凈輻射換熱量。

［例9-5］假定上例中兩圓盤被置于一絕熱大烘箱中，在其他條件不變時，試計(jì)算高溫圓盤的

凈輻射熱量以及烘箱壁面的溫度。

［例9-6］某輻射采暖房間尺寸為4mx5mx3m（圖9-3a）,在樓板中布置加熱盤管，依據(jù)實(shí)測

結(jié)果：樓板1的內(nèi)表面溫度t1=25℃,表面放射率￡1=0.9,外墻2的表面溫度t2=10℃,其

余三面內(nèi)墻3的內(nèi)表面溫度t3=13℃,墻面放射率￡2=￡3=0.8;地面4的表面溫度t4=11℃,

放射率￡4=0.6。試求（1）樓板的總輻射換熱量;（2）地面的總吸熱量。

［例9-7］兩平行大平壁的放射率各為0.5和0.8,假如中間加入一片兩面放射率均為0.05的

鋁箔，計(jì)算輻射換熱削減的百分?jǐn)?shù)。

［例9-8］一排氣管的排氣溫度可用熱電偶來測量(如圖所示)，熱電偶接點(diǎn)放射率0.5,排氣

管壁溫為tw=100℃,熱電偶指示溫度為tc=500℃,氣體和熱電偶總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為

h=200W/(m2?K),試確定氣體的實(shí)際溫度及測量誤差。若將放射率為分=0.3的圓筒形遮熱

罩放置在熱電偶四周，熱電偶的讀數(shù)仍為500P,問氣體的真實(shí)溫度是多少？假定氣體和遮

熱罩間的總對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h=250W/(m2?K)?

［例9-9］計(jì)算圖9-24(a)所示兩個表面1、4之間的輻射角系數(shù)占同。

［例9-10］試確定例9-6中各表面間的輻射角系數(shù)。

［例9-11］某鍋爐的爐膛容積為35m3,爐膛面積為55m2,煙氣中水蒸氣的容積百分?jǐn)?shù)為

7.6%,二氧化碳的容積百分?jǐn)?shù)為18.6%,煙氣的總壓為1Q13xlO5pa,爐內(nèi)平均溫度為

1200℃0試確定煙氣的放射率￡g。

［例9-12］在直徑為1m的煙道中有溫度%=1000℃、總壓力為1.013xl05Pa的氣體流過，假

如氣體中含CO2的容積百分?jǐn)?shù)為5%其余為透亮體。煙道壁溫％=500℃放射率￡.=1,

試計(jì)算煙道壁與氣體間的輻射換熱。

[例9-13]一未加玻璃蓋板的太陽能集熱器的吸熱表面對太陽輻射的汲取比為0.92,表面放

射率為0.15,集熱器表面積20m2,表面溫度為80℃,四周空氣溫度為18℃,表面對流換

熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為3W/(m2?K)。當(dāng)集熱器表面的太陽總輻射照度為800W/m2,天空溫度為

0C時，試計(jì)算該集熱器可采用到的太陽輻射熱和它的效率。

[例9-14]一平板型太陽能集熱器的示意圖如圖。平板玻璃掩蓋在吸熱表面上，且玻璃蓋板與

吸熱表面圍成密閉空間。太陽總輻照度Gs為800W/m2,天空溫度為0。心玻璃的太陽輻射

穿透比7為0.85,長波穿透比弓為0,反射比為0,長波放射率為0.9;吸熱表面對太陽

輻射的汲取比abs為「0,表面長波放射率為0.15,其中所汲取熱量的70%用于加熱太陽

能集熱器中的水以及通過吸熱表面的背面散熱損失了。玻璃蓋板與吸熱表面平行，兩者之間

的距離為0.07m，其間存有空氣，即存在有限空間的自然對流換熱，此時玻璃蓋板與吸熱表

面之間的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)兒為0.040W/(m.K),玻璃蓋板與大氣環(huán)境表面對流換熱的表面?zhèn)?/p>

熱系數(shù)為20W/(m2-K),大氣環(huán)境溫度ta為30℃。試計(jì)算吸熱表面和玻璃蓋板的溫度。假

設(shè)可以忽視玻璃的導(dǎo)熱熱阻，玻璃蓋板與吸熱表面之間的角系數(shù)Xgg為1O

11、試確定如圖所示各種狀況下的角系數(shù)。

15、一外徑為100mm的鋼管橫穿過室溫為27七的大房間，管外壁溫度為100℃,表面放射

宰為0.85。試確定單位管長的輻射散熱損失。

16、有一3mx4m的矩形房間，高2.5m,地表面溫度為270℃,頂表面溫度為12℃,房間

四周的墻壁均是絕熱的，全部表面的放射率均為0.8,試用網(wǎng)絡(luò)法計(jì)算地板和頂棚的凈輻射

換熱量和墻表面的溫度。

22、兩平行大平壁的放射率均為￡=0.4,它們中間放置兩面放射率均為0.04的遮熱板。當(dāng)

平板的表面溫度分別為250℃和4(TC時，試計(jì)算輻射換熱量和遮熱板的表面溫度(不計(jì)導(dǎo)

熱和對流換熱卜如不用遮熱板時，輻射換熱量為多少？

24、保溫(熱水)瓶瓶膽是一夾層結(jié)構(gòu)，且夾層表面涂水銀，水銀層的放射率￡=0.04。瓶內(nèi)存

放t1=10(TC的開水，四周環(huán)境溫度t2=20℃o設(shè)瓶膽內(nèi)外層的溫度分別與水和四周環(huán)境大

致相同，求瓶膽的散熱量?？嘤脤?dǎo)熱系數(shù)為0.04W/(m-K)的軟木代替瓶膽夾層保溫，問需用

多厚的軟木才能達(dá)到熱水瓶原來的保溫效果？

25、一矩形斷面的長隧道窯，斷面寬4m,高3m,底面溫度為800K、放射率為0.6,頂面

溫度為1273K、放射半為0.8,兩側(cè)面均為絕熱面，試計(jì)算表面的凈輻射換熱量。

第十章傳熱和換熱器

【例10-1］為推斷冬季某廠房墻壁的散熱損失，在穩(wěn)態(tài)條件下，測得壁內(nèi)表面溫度％=15.49；

室內(nèi)氣溫勺=20.6℃;廠房內(nèi)環(huán)境溫度tam=22℃;壁與四周環(huán)境間的系統(tǒng)放射率￡=0.9;壁高

3m;求此壁面的散熱損失熱流密度q,并計(jì)算輻射熱流密度在總散熱損失中所占比例。

［例10-2］車間內(nèi)一架空的熱流體管道，鋼管內(nèi)徑d1=135mm,壁厚2.5mm,外包保溫層厚

度為30mm,材料的導(dǎo)熱系數(shù)入=0.11W/(mK),已知管道內(nèi)熱氣體平均溫度缶=163。5對

流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1=25.3W/(m2?K)。車間內(nèi)溫度%=18℃,管道四周環(huán)境溫度％巾=13℃。

為了削減管道的散熱，管道保溫層外表有兩種不同處理方式可供選擇:(1)刷白漆，￡=0.9;

(2)外包薄鋁皮￡=0.1,試比較兩種狀況下的管道傳熱系數(shù)、每米長管道的散熱量，并作分

析。計(jì)算中可忽視鋼管熱阻和白漆及鋁皮所附加的導(dǎo)熱熱阻。

［例10-3］試計(jì)算某寒冷地區(qū)中空玻璃窗傳熱系數(shù)，已知數(shù)據(jù)列表如下：

窗高H(m)1.0室溫(本例如=)tfi(℃)20

中空玻璃間距b(mm)12-2

室外溫度(本例%=tam2)t/2(℃)

玻璃表面放射率￡0.94玻璃厚度(mm)4

[例10-4]一塊“對流一輻射板”，如圖所示，與壁面平行，已知?dú)饬髋c輻射板、氣流與壁面的

對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)％相同，均為75W/(mK)o對流一輻射板表面放射率￡p=0.92,壁表

面也具有相同的放射率。氣體流過壁與輻射板時的平均溫度為什=250(,壁溫維持tw=100℃,

試計(jì)算輻射板向壁面的輻射熱量(W/m2)及與原有的對流換熱之比。若表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均降

為50W/(m2-K)效果又如何？為簡化起見，設(shè)對流一輻射板背向壁的一側(cè)為絕熱面，不參加

對流和輻射，同時板的長度、寬度及寓壁距離滿意輻射角系數(shù)X=1,可按平行平板計(jì)算輻

射換熱。

［例10-5］試比較逆流與順流時的對數(shù)平均溫度差，已知熱流體由30CTC冷卻至150℃,而冷

流體由50℃被加熱至100℃,并與算術(shù)平均值比較。

［例10-6］按例10-5的溫度條件計(jì)算一次交叉流，熱流體不混合，冷流體混合時的平均溫度

差。

［例10-7］—管殼式蒸汽一空氣加熱器，空氣在管內(nèi)，要求將空氣由15℃加熱到50℃,空氣

體積流量為％=5Nm，/s,蒸汽為2xl()5pa肯定壓強(qiáng)的干飽和水蒸氣，凝聚水為飽和水，已

知傳熱系數(shù)k=75W/(m2-K),求加熱器所需面積。

［例10-8］設(shè)計(jì)一臥式管殼式蒸汽——水加熱器，水在管內(nèi)，蒸汽在管外冷凝。水的質(zhì)量流

量為3.5kg/s，要求從60℃力口熱至490℃加熱蒸汽是肯定壓強(qiáng)為1.6xl()spa的干飽和蒸汽，

凝聚水為飽和