传热学习题集.docx

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1、郑州大学传热学习题集苏小江2014/6/1内容：书中例题和课后习题绪论例0川某住宅砖墙壁厚为加=240mm ,其导热系数为4 =0.6W(m2K),墙壁内、外两侧的表面传热系数分别为：1 = 7.5 W (m2 K) , h2=0W(m2 K) 9冬季内外两侧空气的温度分别为：tf =20, tf- =-5,试计算墙壁的各项热阻，传热系数以及热流密度。例0-2 一冷库外墙的内壁面温度为Q =-12C,库内冷冻物及空气温度均为tf =-18oCo已知壁的表面传热系数为人=5W(m2K),壁与物体间的系统辐射系数G、2 =5.1 W(m2.k,试计算该壁表面每平方米的冷量损失？并对比对流换热与热辐

2、射冷损失的大小?13、求房屋外墙的散热热流密度q以及它的内外表面温度和%2。已知：=360mm,室外温度依二-1O ,室内温度力=18 ,墙的入=0.61W(m.K),内壁表面传热系数h1=87W(m2.K),外壁h2=124W(M . K)。已知该墙高2. 8m,宽3m,求它的散热量中？15、空气在一根内径5(m,长2. 5m的管子内流淌并被加热，已知空气平均温度为85C,管壁对空气的h=73W/m.,热流通量4=5110WZ20,试确定管壁温度及热流量。16、已知两平行平壁，壁温分别为twi=50C, ?2 =20,辐射系数G2=3.96,求每平方米的辐射换热量若I1增加到20(C,辐射换

3、热量变化了多少？第一章导热理论基础例11厚度为的无限大平壁，人为常数,平壁内具有匀称内热源qKW/mD ,平壁x=0的一侧绝热，x=的一侧与温度为0的流体直接接触进行对流换热，表面传热系数h是已知的，试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。例1-2 一半径为R长度为1的导线，其导热系数入为常数。导线的电阻率为P(Q.1婚/m)。导线通过电流1(A)而匀称发热。已知空气的温度为“导线与空气之间的表面传热系数为h ,试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。2、已知Lowe膜玻璃的导热系数为0.62W(m.K)玻璃的导热系数为0.65W(m.K)空气的导热系数为0.024W(m.K)氨气的导热系数为00

4、16W(m.K)试计算该膜双中空玻璃导热热阻。6、一厚度为50mm的无限大平壁，其稳态温度分布为：/=a +如七式中a=200C ,b= - 200(Cm2。若平壁材料导热系数为45Wm.C ,试求：(1)平壁两侧表面处的热流通量；(2)平壁中是否有内热源？为什么？若有的话，它的强度应是多大？其次章稳态导热例21有一锅炉炉墙由三层组成，内层是厚 1 =230mm的耐火砖，导热系数 1=1.1OW(mK);外 层是 3 =240mm的红砖层，导热系数入3 =0.58W(mK);两层中间填以 2 =50mm的水泥珍宝岩制品保温层，导 热系数入2 =0.072W(mK)o已知炉墙内、外两表面温 度t

5、w1 =500oC. t w2 =50 ,试求通过炉墙的导热热流密 度及红砖层的最高温度。例22 一由三层平壁组成的锅炉炉墙，结构与例2-1相同。但已知边界条件改为第三类，即：炉墙内侧温度夕广5119，烟气侧对流换热的表面传热系数h1=31.1W(m.K);炉墙外厂房空气温度%=22 ,空气侧对流换热的表面传热系数h2=12.2W(m.K)o试求通过该炉墙的热损失和炉墙内、外表面的温度1和几2。例2-3 一炉渣混凝土空心砌块，结构尺寸如图所示。炉渣混凝土的导热系数1=0.79W(mK),空心部分的导热系数2=029W(mK)试计算砌块的导热热阻。例24外径为200mm的蒸汽管道，管壁厚8mm

6、,管外包硬质聚氨酯泡沫塑料保温层，导热系数Z=0.022W(m.K),厚40mm。外壳为高密度聚乙烯管，导热系数入2=0.3W(m.K),厚5mm。给定第三类边界条件：管内蒸汽温度=300C ,管内蒸汽与管壁之间对流换热的表面传热系数h1=120W(m.K);四周空气温度夕2=25(,管外壳与空气之间的表面传热系数h2=10W(m.K)求单位管长的传热系数&、散热量q,和外壳表面温度13。例25设管道外径d=15mm，假如用软质泡沫塑料作为保温层是否合适？已知其导热系数人=0.034W(m.K),保温层外表面与空气之间的表面传热系数h=1OW(m.K)例2-6 一铁制的矩形直肋，厚 =5 mm

7、，高H = 50 mm，宽L = 1m ,材料导热系数 =58w/mK ,肋表面放热系数h = 12 w/mK ,肋基的过余温度o = 80 Co求肋表面散热量和肋端过余温度。例26如图218所示的环形肋壁，肋片高度1=19.1mm、厚度=1.6mm ,肋片是铝制并镶在直径为25.4mm的管子上，铝的导热系数入二214W(m.K)已知管表面温度%=171.1七,四周流体温度尸21.1兀,肋片表面与四周流体之间的表面传热系数h=141.5W(m2.K),试计算每片肋片的散热量。例28一传达室小屋，室内面积为3mx4m,高度为2.8m ,红砖墙厚度为240mm ,红砖的导热系数为0.43W(m.K

8、)o已知墙内表面温度为20 ,外表面温度为5 ,试问通过传达室的四周墙壁的散热量为多少？8、某建筑物的混凝土屋顶面积为20m2 ,厚为140mm ,外表面温度为-15。已知混凝土的导热系数为1.28W(m.K)，若通过屋顶的散热量为5.5x103 W,试计算屋顶内表面的温度。9、某教室的墙壁是一层厚度为240mm的砖层和一层厚度为20mm的灰泥构成。现在拟安装空调设施，并在内表面加一层硬泡沫塑料，使导入室内的热量比原来削减80%o已知砖的导热系数入= 0.7W(mK),灰泥的入= 0.58W(mK),硬泡沫塑料的入=0.06W(mK),试求加贴硬泡沫塑料层的厚度。16、蒸汽管道的内、外直径分别

9、为160mm和170mm ,管壁导热系数入=58Wm.C ,管外掩盖两层保温材料第一层厚度2=30mm导热系数入2 = 0.093Wm.C ;其次层3=40mm ,导热系数入3 = 0.17Wm,C ,蒸汽管的内表面温度 tu,1=300oCo保温层外表而温度%4=50C ,试求：（1）各层热阻，并比较其大小，（2）每米长蒸汽管的热损失，（3）各层之间的接触面温度几2和33。19、一外径为100mm ,内径为85mm的蒸汽管道，管材的导热系数为入= 40W（mK）,其内表面温度为180 ,若采纳入= 0.053W（mK）的保温材料进行保温，并要求保温层外表面温度不高于4（C ,蒸汽管允许的热损

10、失qz=52.3 Wmo问保温材料层厚度应为多少？23、始终径为d,长度为I的瘦长圆杆，两端分别与温度为t1和t2的表面紧密接触，杆的侧面与四周流体间有对流换热，已知流体的温度为3而9t1或t2,杆侧面与流体间的表面传热系数为h,杆材料的导热系数为儿试写出表示瘦长杆内温度场的完整数学描述，并求解其温度分布。24、一铝制等截面直肋，肋高为25mm，肋厚为3mm，铝材的导热系数为入二140W(mK),四周空气与肋表面的表面传热系数为h = 752w(m2. k) o已知肋基温度为80和空气温度为30 ,假定肋端的散热可以忽视不计，试计算肋片内的温度分布和每片肋片的散热量。27、一肋片厚度为3mm

11、,长度为16mm ,是计算等截面直肋的效率。(1 )铝材料肋片，其导热系数为140W(m.K),对流换热系数h=80W/(m2.K); ( 2 )钢材料肋片，其导热系数为4OW(m.K),对流换热系数 h=125W(m2 .K)o第三章非稳态导热例3-1 一无限大平壁厚度为0.5m ,已知平壁的热物性参数=0.815W(m.k),c=0.839kJ(kg.k), p=1500kgm3,壁内温度初始时均为全都为18C，给定第三类边界条件：壁两侧流体温度为8 ,流体与壁面之间的表面传热系数h=8.15w( m2.K),试求6h后平壁中心及表面的温度。例32已知条件同例3-1 ,试求24h及三昼夜后

12、，平壁中心及表面的温度；并求24h中每平方米平壁表面放出的热量。J 3-3 一道用豉砌成的火墙,已知砖的密度p=1925kgv,比定压容Cp=O. 835kJ(kg. ),导热系数入=0.72 W(m.oC)0突然以110的温度加于墙的一侧。假如在5h内火墙另一侧的温度几乎不发生变化，试问此墙的厚度至少为多少？若改用耐火砖砌火墙，耐火砖的密度p=2640 kgr3 ,比定压容Cp=0.96kJ(kgJC),导热系数入=1. 0W(m.C),这时此墙的厚度至少为多少？例3-4应用恒定作用的热源法测定建筑材料的热集中率。采纳510m厚的铜箔作为平面热源，已知初始温度七0二18 ,通电加热360s后

13、，测量得到x=0处的温度t%=o=31.1 ,x=20mm处的温度1x6=20.64七 ,试计算该材料的热集中率。例3-5有始终径为0.3m、长度为0.6m的钢圆柱，初始温度为20 ,放入炉温为1020的炉内加热，已知钢的导热系数入= 30W(mK),热集中率a = 6.25106m2s ,钢柱表面与炉内介质之间的总换热系数h=200w(m2K),试求加热1h时后，如图所示钢柱表面和中心点1、2、3和4的温度以及加热过程中汲取的热量。8、一钢板厚度为3mm,面积为nV,初始温度匀称为30(C,放置于209的空气中冷却。已知钢板的导热系数为入=48.5W(mk),热集中率a=12.710-6 f

14、s,板与空气之间的表面传热系数h=39 W/(nf.K)，问需要多长时间钢板才能降低至50o9、一不锈钢板厚度为0.15m ,初始温度为20 ,放置在温度为1200l的炉内加热，已知不锈钢热集中率为3.9510-6mvs，钢板在炉内的表面传热系数为250W/(m?.K)，试求钢板加热到800时所需时间。10、将初始温度为80 ,直径为20mm的铜棒突然置于温度为20、流速为12ms的风道中,5min后铜棒温度降低到34o计算气体与铜棒的换热系数？已知：铜棒p = 8954 kgm3,c = 383.1 J (kg .), = 386W (m .)11、有两块同样材料的平壁A和B ,已知A的厚度

15、为B的两倍，两平壁从同一高温炉中取出置于冷流体中淬火，流体与平壁表面的表面传热系数近似认为是无限大。已知B平壁中心点的过余温度下降到初始过余温度的一半需要12min，问平壁A达到同样的温度需要多少时间？13、一加热炉炉底是40mm的耐火材料砌成，它的导温系数为510 - 7m2s ,导热系数为4.0WmJC ,炉子从室温25P开头点火，炉内很快形成稳态的126(C的高温气体，气体与炉底表面间换热系数为40Wm.oC ,问达到正常运行要求炉底壁表面温度为1000 ,试确定从点火到正常运行要求所需时间。第四章 导热数值解法基础例4-1设有一矩形薄板,参看图4-4 ,已知a=2b,在边界x=0和y=0处是绝热的，在x=a处给出第三类边界条件