1、1熱工基礎習題解答 第二章：傳熱學 2-1 某窯爐爐墻由耐火粘土磚、硅藻土磚與紅磚砌成，硅藻土磚與紅磚的厚度分別為40mm和250mm，導熱系數分別為0.13和0.39W/m，如果 不用硅藻土層，但又希望爐墻的散熱維持原狀， 則紅磚必須加厚到多少毫米？ （1） 解得即紅磚的厚度應增加到 370mm 才能維持原散熱熱流密 度不變。 2-2 某廠蒸汽管道為Ø175×5的鋼管，外面包了一層95mm厚的石棉保溫層，管壁和石棉的導熱系數分別為50、0.1w/m.，管道內表面的溫度為300，保溫層外表面溫度為50。試求每米管長的散熱損失。在計算中能否略去鋼管的 熱阻，為什么？ 解：石棉

2、保溫層和鋼管在每米長度方向上產生的熱阻分別為： 2-3試求通過如圖3-108所示的復合壁的熱流量。假設熱流是一維的；已知各材料的導熱系數為：A=1.2、B=0.6、C=0.3、D=0.8w/m。 2-4平壁表面溫度tw1=450，采用石棉作為保溫層的熱絕緣材料，導熱系數=0.094+0.000125t，保溫層外表面溫度tw2=50，若要求熱損失不超過340w/m2，則保溫層的厚度應為多少？ 解：平壁的平均溫度為 ：即保溫層的厚度應至少為147mm。 2-5澆注大型混凝土砌塊時，由于水泥的水化熱使砌塊中心溫度升高而導致開裂，因此，砌塊 不能太大。現欲澆注混凝土墻，水泥釋放水化熱為100w/m3，

3、混凝土導熱系數為1.5W/m，假設兩壁 溫度為20，限制墻中心溫度不得超過50。試問 墻厚不得超過多少米？ 解：由于墻的兩側溫度 相等，所以墻內的溫度 分布為 2-6一電爐爐膛長×寬×高=250×150×100mm,爐襯為230mm厚的輕質粘土磚（密度為800kg/m3)。已 知內壁平均溫度為900，爐體外表面溫度為80。 試求此電爐的散熱量。 解：通過該電爐的散熱量可以表示為： 將該電爐視為中空長方體，則其核算面積為： 2-7有兩根用同樣材料制成的等長度水平橫管，具有相同的表面溫度，在空氣中自然散熱，第 一根管子的直徑是第二根管子直徑的10倍，如果這

4、兩根管子的（GrPr)值均在103109之間，且可用準數方程式Nub=0.53Grb。試求兩根管子的對流換0.25熱系數比值和熱損失的比值。 解：對于與圓管進行對流換熱的情形，空氣的由于橫管的表面溫度相同，并且空氣溫度相同，所以均相等，可得 2-8根據隧道窯模型實驗，確定了圓柱形料垛對流換熱系數的準數方程式為：Nuf=0.0146Ref0.85。 現用空氣強制冷卻圓柱形料垛，空氣溫度為20，空 氣流速為1.28m/s，料垛直徑為0.118m。試求圓柱形 料垛對空氣的對流換熱系數。 解：查得空氣在20°C時的物性參數為： 2-9一條半圓拱式煙道，長10m，煙道內寬800mm，兩側墻高3

5、00mm，拱高400mm。今有煙氣以1800Nm3/h的流量通過該煙道，已知煙氣平均溫度為350，煙道內壁面平均溫度為240，試求煙氣對 壁面的對流換熱系數及傳熱量。 解：煙道的截面積和周 長分別為： 2-10 60的水進入一內徑為25.4mm的管子，水的流速為2cm/s。試計算水的出口溫度（已知管長3m，管壁溫度恒 定為80） 解：設水出口處的溫度為70C，則水的定性溫度為：查得水的物性參數為： 與原假設相差不大，所以可以認為水的出口溫度為72.8。如果要求的精確度更高，可以再假設水的 出口溫度為71.4，繼續進行計算，直到滿意為 止。 2-11 兩無限大平面，其表面溫度分別為20及600，

6、黑度均為0.8，在這兩塊平面間安放一塊黑 度為0.8或0.05的遮熱板，試求這兩無限大平行平面 間的凈輻射熱量。 解：使用電網絡單元法 2-12 已知裸氣管的表面溫度為440，直徑為0.3m，黑度為0.8，周圍環境溫度為10，在裸氣管 的周圍安放遮熱管（黑度為0.82，直徑為0.4）（1）求裸氣管的輻射散熱損失。（2）如果同時考慮對流換熱損失，已知遮熱管對流 換熱系數為35W/m2· ,裸氣管的散熱損失為多少？ 2-13有一平板，水平放置在太陽光下，已知太陽投射到平板上的熱流量為700W/m2，周圍環境溫度為25。如果忽略對 流換熱，試求下列情況下的平板表面溫度：平板表面涂有白漆。平

7、板表面涂有無光黑漆。如果將上述平板放置在工業爐的熱輻射下，當輻射熱流量仍 為700W/m2，環境溫度仍為25時。已知白漆對于太陽輻射的吸收率為0.14，白漆對于低于2000 的熱輻射的吸收率為0.90，無光黑漆對于太陽輻射的吸收率為0.96，無光黑漆對于低于2000的熱輻射的吸收率為0.95。 解：根據克希霍夫定律,黑體和灰體的吸收率等于同溫度下的黑度， 平板的散熱量為： 處于熱平衡時： 2-14 熱空氣在426×9mm的鋼管中流過，熱空氣的溫度用一個裝在外徑為15mm的瓷保護管中的 熱電偶來測量，為了減小測量誤差，把熱電偶保護 瓷管用薄鋁圓筒屏蔽，屏蔽筒的黑度為0.3，面積 為保護

8、瓷管的4倍。空氣向屏蔽筒的對流換熱系數 為35w/m2·，已知鋼管內壁溫度為110，熱電偶 讀數（即瓷管溫度）為220，瓷管的黑度為0.8， 空氣向瓷管的對流換熱系數為52.4w/m2·，設瓷管 本身的熱傳導可忽略不計。試求熱電偶的測量相對 誤差，并求出空氣的實際溫度。 解：設薄鋁圓筒（遮熱罩）F1溫度t3、表面積F3，管道內熱空氣與熱接點之間的對流換熱量管道內熱空氣與遮熱罩兩表面之間的對流換熱量熱電偶接點與遮熱罩之間的輻射換熱量： 遮熱罩與管道壁之間的輻射換熱量當熱接點達到熱平衡時，即由于F1F3，則：同理，當遮熱罩達到熱平衡時，即代入已知數據，求得：t3=185.2，t

9、1=218.2，熱電偶測量誤差： 2-15 試求鍋爐壁(=20mm，=58w/m·)兩表面的溫度和通過鍋爐壁的熱流量。已知煙氣溫度 為1000，水的溫度為200，從煙氣到壁面的對 流輻射換熱系數為116w/m2 ·，從壁面到水的對 流換熱系數為2320w/m2 ·。解：通過鍋爐壁的熱流 量為： 2-16 一根內徑為20mm，外徑為30mm的鋼管，包上20mm厚的保溫材料，保溫材料的導熱系數為0.057w/m，表面黑度為0.7，保溫層的內壁溫度 為200，周圍環境溫度為20。試計算每米管長 的熱損失。解：設保溫層的外表面 溫度為t2， 則保溫層向空氣的輻射散熱量為：ta為空氣的溫度，通過保溫層導熱的熱流量為： t1為保溫層的內壁溫度當達到穩態時，有將已知數據代入解得： t2=70C管道每米長的散熱損失為： 2-17 有一套管逆流式換熱器，用水冷卻油，油在內管中流動，油進出口溫度分別為110和75，水在套管環隙中流動，水的流量為68kg/min，水的進出口溫度分別為35和75。已，知按內管外表面積計算的平均總傳熱系數為320 w/m2，油的比熱為1.9KJ/Kg。試求此換熱器的 換熱面積。 解：該換熱器的對數平 均溫差為： 2-18 厚0.25m的不銹鋼大平板