此资料由网络收集而来，如有侵权请告知上传者立即删除。资料共分享，我们负责传递知识。传热学杨世铭第四版第二章答案篇一：传热学第四版课后习题(杨世铭) 第一章 思考题 1 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写 出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答： 傅立叶定律： “”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 q? dtdt dx，其中，q热流密度；?导热系数；dx沿x方向的温度变化率， 牛顿冷却公式：q?h(tw?tf)，其中，q热流密度；h表面传热系数；tw固体表面温度； tf流体的温度。 4 q?T 斯忒藩玻耳兹曼定律：，其中，q热流密度；?斯忒藩玻耳兹曼常数；T辐 射物体的热力学温度。 3 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答： 导热系数的单位是：W/(m.K)； 表面传热系数的单位是：W/(m2.K)； 传热系数的单位是：W/(m2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一 个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧 坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其 原因。 答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7 什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量 传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外表面就可以感觉到热，而B杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？ 答：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。 能量平衡分析 1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20。他希望晚上回到房间时的温度能够低一些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m、3m、2.5m。如果该大学生10h以后回来，试估算房间的平均温度是多少？ 解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为15?10?3600540000J全部被房间的空气吸收而升温，空气在20时的比热为：1.005KJ/Kg.K,密度为 540000?10?3 ?t?11.893 5?3?2.5?1.205?1.0051.205Kg/m,所以 当他回来时房间的温度近似为32。 1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积A2?60cm，进入吹风器的空气压力 2 p?100kPa，温度t1?25。要求吹风器出口的空气温度t2?47，试确定流过吹风器的空气的质量流 量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W。 解： cm。冷水通过电热器从15被加热到43。试问1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟1000 电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。如果该换热器能将冷水加热到27，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min可以节省多少能源？ 解：电热器的加热功率： P? 3 Q ? ? cm?t ? 4.18?103?103?1000?10?6?(43?15)?1950.6W?1.95kW 60 15分钟可节省的能量： Q?cm?t?4.18?103?103?1000?10?6?15?(27?15)?752400J?752.4kJ 1-4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为热传导。 （b）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。 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。 1-5 一个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球表面散热的方式；（2）圆球表面与空气之间的换热方式。 解：（2）圆球为表面传热方式散热。 （1）换热方式：（a）自然对流换热；（b）自然对流与强制对流换热相当的过渡流传热；（c）强制对流换热； 1-6 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热的方式是什么？ 解：一遮光罩与外界发生辐射换热及遮光罩外表与船体外表进行辐射。传热方式为（辐射） 1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度Tf ,壁管温度Tw?Tf。试分析热电偶结点的换热方式。 解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射。 1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率很低的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性，这会影响保温效果吗？ 解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，则通过内外胆向外辐射的热量很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。如果密闭性破坏，空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。 导热1-9 一砖墙的表面积为12m，厚为260mm，平均导热系数为1.5W/（m.K）。设面向室内的表面温度为25，而外表面温度为-5，试确定次砖墙向外界散失的热量。 解：根据傅立叶定律有： 2 25?(?)5 ?2076.9W ?0.26 2 1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m，平均导热系数为1.04w/m.k，内外壁温分别是520及50。 ?A ?1.5?12? 试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09104kJ/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 ?t Q? ?A?t1.04?20?(520?50) ?75.2KW?0.13 24?3600?75.2 ?310.9Kg/d4 2.09?10 ?t 1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度 为15W/m2。外变面温度为40，内表面温度为30。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。 ?，解： 1-12 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，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 q?2?rlh?tw?tf? q h? ?dtw?tf49.33W/(m2.k) 所以 q? q?15?0.04 ?0.06W/(m.K)?t40?30 1-13 对置于水中的不锈钢束采用电加热的方法进行压力为1.013?10Pa的饱和水沸腾换热实验。测得加热 功率为50W，不锈钢管束外径为4mm，加热段长10mm，表面平均温度为109。试计算此时沸腾换热的表面传热系数。 解：根据牛顿冷却公式有?Ah?t 5 A?t W/(m.K) 1-14 一长宽各为10mm的等温集成电路芯片安装在一块地板上，温度为20的空气在风扇作用下冷却芯片。 芯片最高允许温度为85，芯片与冷却气流间的表面传热系数为175 W/(m.K)。试确定在不考虑辐射时芯片最大允许功率时多少？芯片顶面高出底板的高度为1mm。 2 ?(85-20) ?hA?t?175W/m.K?0.01?0.01?4?0.01?0.001max解： 2 ?h?4423.2 2 ? 1.5925W 1-15 用均匀的绕在圆管外表面上的电阻带作加热元件，以进行管内流体对流换热的实验，如附图所示。用功率表测得外表面加热的热流密度为3500W/m；用热电偶测得某一截面上的空气温度为45，内管壁温度为80。设热量沿径向传递，外表面绝热良好，试计算所讨论截面上的局部表面传热系数。圆管的外径为36mm，壁厚为2mm。 2 解：由题意3500W/m?2?Rl?h?2?rl?（80-45） 2 又r=R?=(18-2)mm=16mm ?h?112.5 W/(m.K) 1-16为了说明冬天空气的温度以及风速对人体冷暖感觉的影响，欧美国家的天气预报中普遍采用风冷温度的概念（wind-chill temperature）。风冷温度是一个当量的环境温度，当人处于静止空气的风冷温度下时其散热量与人处于实际气温、实际风速下的散热量相同。从散热计算的角度可以将人体简化为直径为25cm、高175cm、 2 W/mK时人体在温度为20的静止空气中的散热表面温度为30的圆柱体，试计算当表面传热系数为15 量。如果在一个有风的日子，表面传热系数增加到50W/mK，人体的散热量又是多少？此时风冷温度是 ? 2 ? ? 2 ?多少？ 辐射 1-17 有两块无限靠近的黑体平行平板，温度分别为T1,T2。试按黑体的性质及斯藩-玻尔兹曼定律导出单位面积上辐射换热量的计算式。（提示：无限靠近意味着每