1、第一章1- 8 熱水瓶膽剖面的示意圖如附圖所示。 瓶膽的兩層玻璃之間抽成真空， 內膽外壁及外膽內壁涂 了反射率很低的銀。 試分析熱水瓶具有保溫作用的原因。 如果不小心破壞了瓶膽上抽氣口處的密 閉性，這會影響保溫效果嗎？解：保溫作用的原因： 內膽外壁外膽內壁涂了反射率很低的銀， 則通過內外膽向外輻射的熱量很 少，抽真空是為了減少內外膽之間的氣體介質，以減少其對流換熱的作用。如果密閉性破壞， 空 氣進入兩層夾縫中形成了內外膽之間的對流傳熱，從而保溫瓶的保溫效果降低。1-10 一爐子的爐墻厚13cm,總面積為20,平均導熱系數為，內外壁溫分別是520C及50C。試計算通過爐墻的熱損失。如果所燃用的煤

2、的發熱量是X104kJ/kg ,問每天因熱損失要用掉多少千克煤？解：根據傅利葉公式每天用煤1-16 為了說明冬天空氣的溫度以及風速對人體冷暖感覺的影響，歐美國家的天氣預報中普遍采 用風冷溫度的概念( wind-chill temperature )。風冷溫度是一個當量的環境溫度，當人處于靜 止空氣的風冷溫度下時其散熱量與人處于實際氣溫、 實際風速下的散熱量相同。 從散熱計算的角 度可以將人體簡化為直徑為25cm高175cm、表面溫度為30C的圓柱體，試計算當表面傳熱系數為時人體在溫度為20C的靜止空氣中的散熱量。如果在一個有風的日子，表面傳熱系數增加到,人體的散熱量又是多少？此時風冷溫度是多少

3、？1-19在1-14題目中，如果把芯片及底板置于一個封閉的機殼內，機殼的平均溫度為20C，芯片的表面黑度為，其余條件不變，試確定芯片的最大允許功率。解：P =1- 21有一臺氣體冷卻器，氣側表面傳熱系數=95W/，壁面厚=，水側表面傳熱系數 W/。設傳熱壁可以看成平壁， 試計算各個環節單位面積的熱阻及從氣到水的總傳熱系數。你能否指出， 為了強化這一傳熱過程，應首先從哪一環節著手？解：則二，應強化氣體側表面傳熱。第二章2- 2 一冷藏室的墻由鋼皮礦渣棉及石棉板三層疊合構成，各層的厚度依次為.,152mm 及，導熱系數分別為45,0. 07及。冷藏室的有效換熱面積為，室內外氣溫分別為-2 C及30

4、C，室內外壁面的表面傳熱系數可分別按及計算。 為維持冷藏室溫度恒定， 試確定冷藏室內的冷卻排管每小時需 帶走的熱量。解：由題意得X 36002-7如附圖所示的不銹鋼平底鍋置于電器灶具上被加熱，灶具的功率為1000W其中85%用于加熱平底鍋。鍋底厚S =3 mm,平底部分直徑 d=200 mm,不銹剛的導熱系數入=18W/ （ m- K,鍋內湯料與鍋底的對流傳熱表面傳熱系數為2500W/ （rf- K）,流體平均溫度t=95 C。試列岀鍋f底導熱的數學描寫，并計算鍋底兩表面的溫度。 解：2-15夕卜徑為50mm的蒸氣管道外，包覆有厚為40mm平均導熱系數為的煤灰泡沫磚。絕熱層外表面溫度為50 C

5、，試檢查礦棉渣與煤灰泡沫磚交界面處的溫度是否超過允許值？又。增加煤灰泡 沫磚的厚度對熱損失及交界面處的溫度有什么影響？蒸氣管道的表面溫度取為400 Co解：由題意多層蒸氣管總熱流量代入數據得到由附錄知粉煤灰泡沫磚材料最高允許溫度為 300C由此設在300 C時因為所以不會超過允許溫度。當增加煤灰泡沫磚的厚度會使熱損失增加，從而邊界面處溫度下降。2-22 一個儲液氨的容器近似的看成為內徑為300mm的圓球。球外包有厚為30mm的多層結構的隔熱材料。隔熱材料沿半徑方向的當量導熱系數為，球內液氨的溫度為C，室溫為25 C，液氨的相變熱為kg。試估算在上述條件下液氨每天的蒸發量。解：2-30 一高為3

6、0cm的鋁制圓臺形錐臺，頂面直徑為，底面直徑為13cm.。底面及頂面溫度各自均勻，并分別為520 C及20C，錐臺側面絕熱。試確定通過該錐形臺的導熱量。鋁的導熱系數為100o解：根據傅利葉導熱公式得因為：得得代入數據積分得2-36 q=1000W/m的熱流沿 x方向穿過厚為 20mm的平板（見附圖）。已知x=0mm,10mm,20mr處的 溫度分別為100 C，60C及40 Co試據此確定材料導熱系數表達式（為平均溫度）中的及bo解：x=0mm,x=10mn處的平均溫度C又 所以熱量即 （1,同理 x=10mm,x=20mm處得（ 2,聯立得 b=2-52在外徑為25mn的管壁上裝有鋁制的等厚

7、度環肋，相鄰肋片中心線之間的距離s=,環肋高H=,厚=o管壁溫度C，流體溫度C，管壁及肋片與流體之間的表面傳熱系數為110 o試確定每米長肋片管（包括肋片及基管部分）的散熱量。解：查表得 W/從圖查得，肋片兩面散熱量為： 肋片的實際散熱量為： 兩肋片間基管散熱量： 總散熱量為2-53過熱蒸氣在外徑為 127mm勺鋼管內流過，測蒸氣溫度套管的布置如附圖所示。已知套管外徑d=15mm壁厚二，導熱系數。蒸氣與套管間的表面傳熱系數h=105。為使測溫誤差小于蒸氣與鋼管壁溫度差的，試確定套管應有的長度。 解：按題意應使，查附錄得： ，。第三章34 在一內部流動的對流換熱試驗中（見附圖），用電阻加熱器產生

8、熱量加熱量管道內的流體，電加熱功率為常數， 管道可以當作平壁對待。 試畫出在非穩態加熱過程中系統中的溫度分布隨時 間的變化（包括電阻加熱器，管壁及被加熱的管內流體） 。畫出典型的四個時刻；初始狀態（未 開始加熱時） ，穩定狀態及兩個中間狀態。解：如圖所示：315 一種火焰報警器采用低熔點的金屬絲作為傳熱元件，當該導線受火焰或高溫煙氣的作用 00。問當它突然受，初始溫度為 25C而熔斷時報警系統即被觸發，一報警系統的熔點為500C, , 0內發生報警訊號，導線的直徑應限在多少以下？設復合換熱器1min煙氣加熱后，為在到 650C的表面換熱系數為。解：采用集總參數法得： ，要使元件報警則=，代入數

9、據得 D驗證Bi數：，故可采用集總參數法。在熱處理工藝中，用銀球試樣來測定淬火介質在不同條件下的冷卻能力。今有兩個直徑316的循環水中。的盛有靜止水的大容器及200C200C為20mm的銀球，加熱到6000C后被分別置于及1800C/S時，其降溫速率分別為用熱電偶測得，當因球中心溫度從6500C變化到4500C已知在上述溫度范圍內銀的物試確定兩種情況下銀球表面與水之間的表面傳熱系數。3600C/s 。 性參數為。解：本題表面傳熱系數未知，即 Bi 數為未知參數，所以無法判斷是否滿足集總參數法條件。為此，先假定滿足集總參數條件，然后驗算對靜止水情行，由，代入數據（ 1）驗算 Bi 數 , 滿足集

10、總參數條件。 對循環水情形，同理，） 2（按集總參數法時驗算 Bi 數 ，不滿足集總參數條件改用漠渃圖此時，查圖得00C7501 C。在進行靜推力試驗時，溫度為 3- 31 一火箭發動機噴管，壁厚為 9mm岀世溫度為 30。假的高溫燃氣送于該噴管， 燃氣與壁面間的表面傳熱系數為。 噴管材料的密度， 導熱系數為， 設噴管因直徑與厚度之比較大而可視為平壁，且外側可作絕熱處理，試確定：為使噴管的最高溫度不超過材料允許的溫度而能允許的運行時間； （1）在所允許的時間的終了時刻，壁面中的最大溫差；（2）無限長圓管 在上述時刻壁面中的平均溫度梯度與最大溫度梯度。（3）00的油浴中。設冷卻過程中的，后將其置

11、于溫度為10C41 一鋼球直徑為10cm,初溫為250C 3。需要經過多長時間， 此時球表面的溫度為 150C表面傳熱系數可取為， 問欲使球心溫度降低到 多 少？球的導熱系數為，熱擴散率為。3- 52、已知：醫學知識告訴我們：人體組織的溫度等于，高于48的時間不能超過 10s，否則該組織內的細胞就會死亡。 今有一勞動保護部門需要獲得這樣的資料， 即人體表面接觸到 60、 70、 80、 90、 100的熱表面厚，皮膚下燒傷程度隨時間而變化的情況。人體組織性取37水的數值，計算的最大時間為 5min，假設一接觸到熱表面，人體表面溫度就上升到了熱表面的溫度。求：用非穩態導熱理論做出上述燒傷深度隨時

12、間變化的曲線。解：按半無限大物體處理， 37 時。利用習題 54 中給出的公式，可得之值，由誤差函數表可查得 相應的的數值，從而確定不同（單位秒）下溫度為48 的地點的 x 值，即皮下燒傷深度。令對于及 70 兩種情形給出計算結果如下：燒傷深度， mm分鐘 5 分鐘 4 分鐘 3 分鐘 2 分鐘 1 分鐘60201470變化曲線略。第四章4- 10、一等截面直肋，高H,厚，肋根溫度為，流體溫度為，表面傳熱系數為 h,肋片導熱系數為。將它均分成 4 個節點（見附圖） ，并對肋端為絕熱及為對流邊界條件（ h 同側面）的兩種情況列岀節點2，3，4的離散方程式。設 H=45cm,=50W/,，計算節點

13、 2，3，4的溫度（對于肋端的兩種邊界條件） 。解：采用熱平衡法可列岀節點 2、 3、 4 的離散方程為：節點 2：；節點 3：；節點 4：肋端絕熱，肋端對流。其中。將已知條件代入可得下列兩方程組：肋端絕熱肋端對流由此解得：肋端絕熱， ，；肋端對流， ，。肋端對流換熱的條件使肋端溫度更接近于流體溫度。4- 15、一直徑為1cm,長4cm的鋼制圓柱形肋片，初始溫度為25C，其后，肋基溫度突然升高到200C,同時溫度為 25C的氣流橫向掠過該肋片，肋端及兩側的表面傳熱系數均為100。試將該肋片等分成兩段（見附圖） ，并用有限差分法顯式格式計算從開始加熱時刻起相鄰4 個時刻上的溫度分布（以穩定性條件

14、所允許的時間間隔計算依據）。已知二43W/，（提示：節點4的離散方解：三個節點的離散方程為: 節點2:節點節點3：4：O以上三式可化簡為:穩定性要求，即。，代入得：如取此值為計算步長，則:，。于是以上三式化成為：時20222202220204 200在上述計算中，由于之值正好使，因而對節點2岀現了在及2時刻溫度相等這一情況。如取為上值之半，則，于是有:對于相鄰四個時層的計算結果如下表所示：時間 點12340 200 25 25 25 200 25 252 2003 2004 2004- 24、為了提高現代燃氣透平的進口燃氣溫度以提高熱效率，在燃氣透平的葉片內部開設有冷卻通道以使葉片金屬材料的溫

15、度不超過允許值，為對葉片中的溫度分布情況作一估算，把附圖a所示的截片形狀簡化成為附圖b所示的情形。已知，。試計算：（1）截面中最高溫度及其位置；2）單位長度通道上的熱量。解：根據對稱性選擇 1/4 區域為計算區域，采用網格，取壁面時得單位長度的傳熱量為，等溫線 分布如圖所示。截面中最高溫度發生在左上角，該處溫度為。第五章5- 1 、對于流體外標平板的流動， 試用數量級分析的方法， 從動量方程引出邊界層厚度的如下變 化關系式：解：對于流體外標平板的流動，其動量方程為：方線的數量級為 y， 1 根據數量級的關系，主流方的數量級為 則有從上式可以看出等式左側的數量級為 1 級，那么，等式右側也是數量

16、級為 1 級， 為使等式是數量級為 1，則必須是量級。從量級看為級量級兩量的數量級相同，所以與成比例5- 2 、對于油、空氣及液態金屬，分別有， ，試就外標等溫平板的層流流動，畫出三種流體邊界 層中速度分布和溫度分布的大致圖象（要能顯示出的相對大小） 。解：如下圖：5- 8、已知：介質為 25C的空氣、水及14號潤滑油，外掠平板邊界層的流動由層流轉變為湍流 的靈界雷諾數， 。求：以上三種介質達到時所需的平板長度。解：（1） 25C的空氣= x=（2） 25C 的水x=3） 14 號潤滑油 x=第六章00CC的空氣來模擬實物中平均溫度為 2001、在一臺縮小成為實物 1/8的模型中，用20- 6

17、,問 模型中的流速應為若干？若模型中的平均表空氣的加熱過程。實物中空氣的平均流速為S2數并不模型與實物中流體的 Pr195W/（mK） ，求相應實物中的值。在這一實物中，面傳熱系數為嚴格相等，你認為這樣的模化試驗有無實用價值？）環形通道，內管外徑為，但；（3的矩形通道：b （ 2）同（1） （6- 7、已知：1）邊長為及的圓管，流體在圓管dD的圓形筒體內布置了n 根外徑為）在一個內徑為Dd,外管內徑為；（4夕卜作縱向流動。 求：四種情形下的當量直徑。 解：入口體積流量為，°C，65的直管內流動,下的空氣在內徑為、614已知：76mm入口溫度為 C180管壁的平均溫度為求：管子多長才能

18、使空氣加熱到115 °Co解：定性溫度C,相應的物性值為：在入口溫度下， ，故進口質量流量：5,先按計,空氣在115 C時，65C時，。故加熱空氣所需熱量為：采用教材P165上所給的大溫差修正關系式：o所需管長：，需進行短管修正。采用式（5-64 ）的關系式：，所需管長為 =o6- 16、已知：初溫為30 C的水，以s的流量流經一套管式換熱器的環形空間。該環形空間的內 管外壁溫維持在100 C，換熱器外殼絕熱，內管外徑為40mm外管內徑為60mno求：把水加熱到50 C時的套管長度。在管子岀口截面處的局部熱流密度是多少？ 解：定性溫度C,查得：，流體被加熱，按式（ 5-56 ），有：

19、o由熱平衡式，得：o管子岀口處局部熱流密度為6- 26、已知：一摩托車引擎的殼體上有一條高2cm、長12cm的散熱片（長度方向與車身平行）°C,如果C，車速為 30km/h，而風速為2m/s，車逆風前行，風速與車速平行。求：此時肋片的散熱量。解：按空氣外掠平板的問題來處理。定性溫度C， 空氣的物性數據為，故流動為層流。6- 34、已知：可以把人看成是高、直徑為的圓柱體。表面溫度為31 C，一個馬拉松運動員Co不計柱體兩端面的散熱，不計岀汗散失的部 15，空氣是靜止的，溫度為在內跑完全程（） 分。求：此運動員跑完全程后的散熱量。解：平均速度，定性溫度C,空氣的物性為：，按表 5-5.

20、有：5在兩個半小時內共散熱6-38、已知：在鍋爐的空氣預熱器中，空氣橫向掠過一組叉排管束，管子外徑d=40mm空氣在最小界面處的流速為6m/s ,C，在流動方向上排數大于10，管壁平均溫度為 165Co求：空氣與管束間的平均表面傳熱系數。解：定性溫度C,得空氣物性值為:55據表（ 5-7 ）得6-48、已知：一輸送冷空氣的方形截面的管道，水平地穿過一室溫為28C的房間，管道外表面平均溫度為12C，截面尺寸為。注意：冷面朝上相當于熱面朝下，而冷面朝下則相當于熱面朝 上。水平板熱面向上時有：水平板熱面向下時有：特征長度為 A/P，其中A為表面積，P為周長。 求：每米長管道上冷空氣通過外表面的自然對

21、流從房間內帶走的熱量。 解：不考慮相交面處的相互影響，C, 對豎壁，特征尺寸，對上下表面，因為管道長度遠大于截面尺寸，故.1 、豎壁：2、冷面朝上：。3、下表面： ，6-55 、已知：一太陽能集熱器置于水平的房頂上， 尺寸為 . 在集熱器的吸熱表面上用玻璃作頂蓋， 形成一封閉的空氣夾層，夾層厚10cm。該吸熱表面的平均溫度為90C，玻璃內表面溫度為 30C。求：由于夾層中空氣自然對流而引起的熱損失。又，如果吸熱表面不設空氣夾層，讓吸熱表面直接暴露于大氣之中 （環境溫度取為 20C）。試計算在表面溫度為90C時，由于空氣的自然對流而引起的散熱量。解：（1 ）定性溫度C,，O（2）定性溫度C,據習

22、題 5-65 中推薦的公式有： ，第七章11C ,每7- 6、飽和溫度為50C的純凈水蒸汽在外徑為的豎直管束外凝結，蒸汽與管壁的溫差為 根管于長，共 50 根管子。試計算該冷凝器管束的熱負荷。解：C,，r =，設流動為層流，h =< 1600，故為層流。整個冷凝器的 熱負荷Q=50xxxxx 11 =7- 13、一臥式水蒸汽冷凝器管子的直徑為20mm第一排管子的壁溫C,冷凝壓力為。試計算第一排管子每米長的凝結液量。3解：相應于x lOPa的飽和溫度為C, , Co°c5 5 5 52，h=每米長管子上的凝結水量：o7- 17為了強化豎管外的蒸汽凝結換熱，有時可采用如附圖所示的凝

23、結液泄岀罩。設在高丨的豎管外，等間距地布置n個泄岀罩，且加罩前與加罩后管壁溫度及其他條件都保持不變。試導岀加罩后全管的平均表面傳熱系數與未加罩時的平均表面傳熱系數間的關系式。如果希望把表面傳熱系數提高2倍，應加多少個罩？如果 丨/ d = 100，為使豎管的平均表面傳熱系數與水平管一樣，需加多少個罩？解：設加罩前平均表面傳熱系數為，加罩后為，則有：55則， 與欲使，應有，設需把直管等分為幾段才能使全管平均換熱系數與水平管一樣，則有：二，即：，段，即共需17-1 = 16各泄岀罩。7-25、直徑為30mm的鋼棒（含碳約 ）在100C的飽和水中淬火。在冷卻過程中的某一瞬間，棒表面溫度為110 C

24、,試估算此時棒表面的溫度梯度。沸騰換熱表面傳熱系數可按式（6 15）估計解：，這一對流換熱量系通過工作表面里層的導熱而傳遞到工作表面上，故有：，負號表示溫度沿半徑方向減少。 第八章8-4 、一爐膛內火焰的平均溫度為輻射的功率。該輻射能中波長為解：=287W/1500K，爐墻上有一著火孔。試計算當著火孔打開時從孔向外2 的光譜輻射力是多少？哪種波長下的能量最多？T= 1500K 時，8- 9 、鋼制工件在爐內加熱時，隨著工件溫度的升高，其顏色會逐漸由暗紅變成白亮。假設鋼件表面可以看成黑體， 試計算在工件溫度為 900C及1100C時，工件所發岀的輻射能中的可見光是 溫度為700 C的多少倍？時時

25、。解：解：（ 1 ），值線性插值得： 可見光的能量為： （2）, 此時可見光的能量所以時是700 C時的=倍.（3） ，此時可見光的能量為.所以1100 C時是700 C時的=倍.8- 17 一漫射表面在某一溫度下的光譜輻射強度與波長的關系可以近似地用附圖表示，試：（1 ） 計算此時的輻射力；（2） 計算此時法線方向的定向輻射強度，及與法線成 60 角處的定向輻射強度。解：（ 1 ）（2）1000K8- 23、已知一表面的光譜吸收比與波長關系如附圖所示，在某一瞬間，測得表面溫度為投入輻射按波長分布的情形示于附圖b。試：（1）計算單位表面積所吸收的輻射能；（2）計算該表面的發射率及輻射力；（3） 確定在此條件下物體表面的溫度隨時間如何變化，設物體無內熱源，沒有其他形式的熱量 傳遞。解：（1）（2）（3） 所以在此條件下物件表面的溫度隨時間的延長而降低。第九章9- 6、試用簡捷方法確定本題附圖中的角系數X。9- 7試確定附圖a、b中幾何結構的角系數 X。1,2角系，1、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，加熱器表面二800K，= 9-20。工件及加熱表面在垂直于紙面方向均為無限長。=，=，=。對流不考500K， = 1工件表面= 的大空間；（慮，工件的另一面絕熱。1）環境為300K （ 2）環境是絕熱的。求：上面兩種情形下施加在單位長度 加