【精品】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？如果要热而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。冷而所以如果要通过实验来测左夹层中流体的导热系数，应釆用1//////////////////I(a)布置。1-7-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°C及5()°C。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09X104k

2、J/kg,问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式AAAt1.04x20x(520-50)°“==7j.2kw80.13侮天用煤24x3600x75.2_2.09X104-=310・9kg/d1-9在一次测定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°C,空气温度tf=20°C,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"二祐=3」4x0.014x008x(69-20)"93"加°C1

3、-14宇宙空间可近似的看作0K的真空空

4、'可。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Q=£<7(7/-7；4)=0.7x5.67x10'8x(2504)=155w/m21-27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。其余已知条件如图。表面2是厚6=().lm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入二17.5w/m・K,试问在稳态工况下表血3的tw3温度为多少？解：表面1到表面2

5、的辐射换热量二表面2到表面3的导热5）（34_"）=2心：心*久⑴一7/)—27+5.67x(44-34)x0.1A~17.5=132.7°c第三章作业3-6-初始温度为（0的固体，被置于室温为ts的房间中。物体表面的发射率为£,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P,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。<剧磊如一劝=0解：/(0)=tQ3-9一热电偶的PcV/A之值为2.094kJ/m2・K,初始温度为20°C,后将其置于320°C的气流中。试计算在气流与热电偶

6、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。pcV解：吋间常数hA=36.1$2.094X103T—对h=58w/m2・K,有58=18.152.094X103T=对h二116w/m2・K,有1163-23-截面尺寸为10cmX5cm的长钢棒（18-20Cr/8-12Ni）,初始温度为20°C,然后长边的一侧突然被置于200°C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P、c、入可近似

7、的取用20°C吋之值。解：这相当于厚为25=2X5cm的无限大平壁的非稳态导热问题。由附录5查得：心令7^磊=510，（心）—心》Bih8125x0.05ar4.23xl(f6x360E6?=0.61由图3-6查得0J00=0.85101=10°-0.85(1°0-t0)=5+0.85(200-20)=47°C3-37-直径为500mm、高为800mm的钢锭，初温为30°C,被送入1200°C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,入=40w/m•K,a=8X10・6m2/s。试确定3h后钢锭高400mm处的

8、截面上半径为0.13m处的温度。解：所求Z点位于平板的屮心截面与无限长圆柱尸0.13m的柱面相交处。对平板,Bi=^=180x0.4""408xl0fx3x360004^=0.54由图3・6查得0J00=0.66对圆柱体,ar_180x0.25T~40=1.125ar9r~8灯0“><3><360002?=1.38由附录2查得om/e0=0.12又根据r/R=0.13/0.25=0.52,l/Bi=0.889由附录2查得0/em=0.885则对于圆柱体0/00=(0m/00)(0/0m)=0.885X0.12=0.1062所以，所求点的无

9、量纲温度为：e/00=(enVeo)p(e/e0)c=0.66x0.1062=0.0701t=0.0701()0+1200二0.0701X1170+1200=1118°C3-48一初始温度为2