工程传热学作业

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1、第一章作业1-1对于附图所示的两种水平夹层,试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同?如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数,应采用哪一种布置?解:(a)中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。(b)热量交换的方式主要有热传导,自然对流和热辐射。所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数,应采用(a)布置。1-7一炉子的炉墙厚13cm,总面积为20m2,平均导热系数为1.04w/m·k,内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg,问每天因热损失要用掉多少千克煤?解:根据傅利叶公式每天用煤1-9在一次测定

2、空气横向流过单根圆管的对流换热实验中,得到下列数据:管壁平均温度tw=69℃,空气温度tf=20℃,管子外径d=14mm,加热段长80mm,输入加热段的功率8.5w,如果全部热量通过对流换热传给空气,试问此时的对流换热表面传热系数多大?解:根据牛顿冷却公式1-14宇宙空间可近似的看作0K的真空空间。一航天器在太空中飞行,其外表面平均温度为250K,表面发射率为0.7,试计算航天器单位表面上的换热量?解:航天器单位表面上的换热量tw3ε=1.0tw2=127℃tw1=27℃δ1-27附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成,孔腔内抽成真空,且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其

3、余已知条件如图。表面2是厚δ=0.1m的平板的一侧面,其另一侧表面3被高温流体加热,平板的平均导热系数λ=17.5w/m•K,试问在稳态工况下表面3的tw3温度为多少?解:表面1到表面2的辐射换热量=表面2到表面3的导热量第三章作业3-6一初始温度为t0的固体,被置于室温为t∞的房间中。物体表面的发射率为ε,表面与空气间的表面传热系数为h,物体的体积V,参与换热的面积A,比热容和密度分别为c和ρ,物体的内热阻可忽略不计,试列出物体温度随时间变化的微分方程式。解:3-9一热电偶的ρcV/A之值为2.094kJ/m2·K,初始温度为20℃,后将其置于320℃的气流中。试计

4、算在气流与热电偶之间的表面传热系数为58w/m2·K及116w/m2·K的两种情形下,热电偶的时间常数,并画出两种情形下热电偶读书的过余温度随时间的变化曲线。解:时间常数对h=58w/m2·K,有对h=116w/m2·K,有3-23一截面尺寸为10cm×5cm的长钢棒(18-20Cr/8-12Ni),初始温度为20℃,然后长边的一侧突然被置于200℃的气流中,h=125w/m2·K,而另外三个侧面绝热。试确定6min后长边的另一侧中点的温度。钢棒的ρ、c、λ可近似的取用20℃时之值。解:这相当于厚为2δ=2×5cm的无限大平壁的非稳态导热问题。由附录5查得:由图3-6

5、查得θm/θ0=0.85tm=t∞-0.85(t∞-t0)=5+0.85(200-20)=47℃3-37一直径为500mm、高为800mm的钢锭,初温为30℃,被送入1200℃的炉子中加热。设各表面同时受热,且表面传热系数h=180w/m2·K,λ=40w/m·K,a=8×10-6m2/s。试确定3h后钢锭高400mm处的截面上半径为0.13m处的温度。解:所求之点位于平板的中心截面与无限长圆柱r=0.13m的柱面相交处。对平板,由图3-6查得θm/θ0=0.66对圆柱体,由附录2查得θm/θ0=0.12又根据r/R=0.13/0.25=0.52,1/Bi=0.889

6、由附录2查得θ/θm=0.885则对于圆柱体θ/θ0=(θm/θ0)(θ/θm)=0.885×0.12=0.1062所以,所求点的无量纲温度为:θ/θ0=(θm/θ0)p(θ/θ0)c=0.66×0.1062=0.0701t=0.0701θ0+1200=-0.0701×1170+1200=1118℃3-48一初始温度为25℃的正方形人造木块被置于425℃的环境中,设木块的6个表面均可受到加热,表面传热系数h=6.5W/m2.K,经过4小时50分24秒后,木块局部地区开始着火。试推算此种材料的着火温度。已知木块的边长0.1m,材料试各向同性的,λ=0.65W/m.K,ρ

7、=810kg/m3,c=2550J/kg.K。解:木块温度最高处位于角顶,这是三块无限大平板相交处。由图3-7查得θs/θm=0.8由图3-6查得θm/θ0=0.41θs/θ0=(θm/θ0)(θs/θm)=0.8×0.41=0.328角顶处无量纲温度:(θs/θ0)3=0.0353所以角顶温度等于411℃。第二章作业h1tf1h2tf2twδAδB2-4一烘箱的炉门由两种保温材料A和B做成,且δA=2δB(见附图)。已知λA=0.1w/m•K,λB=0.06w/m•K。烘箱内空气温度tf1=400℃,内壁面的总表面传热系数h1=50w/m2•K。为

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