传热学课程考试题-传热计算题

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1、计算题：1有一直径为5cm的钢球，初始温度为450°C,将其突然置于温度为30°C空气中，设钢球表面与周围环境间的总换热系数为24w/(m2.°C),试讣算钢球冷却到300°C所需的时间。已知钢球的c=0.48kJ/(kg..°C),P=7753kg/m3,X二33w/(m..°C).(8分)解：先验算Bi准数，钢球的特征尺寸为24x002%33=0.006^0.1x^故可以按薄材加热处理・刍宀：°：乡__//一(0ap30-4507753x0.48x10*x4%x0025*t=57.0s=0.158h2具有内热源并均匀分布的平壁，壁厚为2S,假定平壁的长宽远大于

2、壁厚，平壁两表面温度恒为tw,内热源强度为qv,平壁材料的导热系数为常数，试推出稳态导热时，平壁内的温度分布和中心温度。10分解：因平壁的场,宽远大于厚度，故此平壁的导热可认为是一维稳态导热.导热微分方程为：由边界条件确定积分常数：="~2A.x2+6X+U2•••平壁内的温度分布：边界条件为：X二S,t二tWX二一S,t=t8求解上述微分方程，得当X二0,则得平壁中心温度：°="*方"23.将初始温度为80°C,直径为20mm的紫铜棒突然横置于气温为20°C,流速为1加/s的风道Z屮,五分钟后,紫铜棒温度降到34CC•试计算气体与紫铜棒Z间的换热系数a•已知紫铜

3、棒密度P=8954kg/m3,比热C-383.lj/(kg-°C),导热系数入=386W/(m・°C)°。h-S8954x383.1x0.005300In80-2034-20=83.2w/(/°c)其中T二5X60=300s=0.005?w验算Bi:Biv83.2x0.005368ooo应YO•虫3.一蒸汽管道,内，外径分别为150mm和159mm・为了减少热损失，在管外包有三层保温材料：内层为入2=0.11,厚§2=5mm的石棉白云石；屮间为入3=0.1,厚§3二80mm的石棉白云石互状预制板；外壳为入4=0.14,厚64=5mm的石棉硅藻土灰泥；钢管壁的入1二

4、52,管内表面和保温层外表面的温度分别为170°C和30°C・求该蒸汽管每米管长的散热量？解：已知d1二0.15m,d2=0.159m,d3二0.169iii,d4=0.339m各层每米管长热阻分别为：-^―In归=in^-2^=1.78x10-*(1)管壁：2內心2x3.14x520.15⑵石棉内层：石棉预制瓦：―1—in弟2x3.14x0.10.169=1.06⑷灰泥外壳：2x3.14x0.141110.3390.329=3.4xlO"2=118.4w/w170：301.78x10-4+8.8xlO'5+1.06+3.4xlO'2蒸汽管道每米长散热量为3.压力

5、为1.013bar,20°C空气以速度V二35m/s掠过平板，板长L二70c皿，壁面温度tw=60°C，试求该板的换热系数及换热量（板宽按lm计算）？已知:40°C空气物性参数为：X=0.0271W/m・°Cu=16.97X10-6m2/sPr=0.711解：按壁面与流体温度的算术平均值做为定性温度确定物性：4Y.2=伴=込查附录得空气物性为:入=0.0271w/m°Cv=16.97X10-6m2/sPr二0.711vl_35x0.777=16.97xlQ-6=1.44xl06>5xl05二为紊流对于紊流纵掠平板时，局部摩擦系数为：cf=o.ol4=0.074x(

6、1.44x13)-%=3.42xlO-3・："=SL.Re»M=丄X3.42X1CT3X1.44X10&X0.77%=1961=212^21*1961=75.9w/w2-cIM0.7Q=aLlF=75.9x40xlx0.7=2125.2w板面温度tW=60°C,求距前缘200mm,再用类比法求局部摩擦系数Cf.6.20°C的空气在常压下以lOm/s的速度流过平板，处的速度边界层和温度边界层以及ax,a和单宽换热量己知:40°C空气物性参数为X=0.0271W/m•°Cu=16.97X10-6m2/sPr=O.711P二1・127kg/m3Cp=1.009X103J

7、/kg•°C解：边界层内空气的定性温度60+20~2~由题已知40°C空气物性参数为：X=0.0271W/m•°Cu=16.97X10-6m2/sPr-O.711・XRey-f=u匚岛备=心的Y5“,.为层流边界层.xJr—0.2>/l18x105<5=5.0=5Ox=2.7xICT。=2.7ww则2；7><習=2.9x10-3w=2.9ww0/711%局部换热系数：N裤=0.332Re=0.332x（1.18x105）^（0.711）^=101.8a*=N»x—=101.8x=138w/tncx0.2a=2ax=27.6w/w2"c单位宽度的换热量：0=oF（r

8、w-//）