1、1第 1 章 绪论习题1-1 一大平板，高 3m、宽 2m、厚 0.02m，导热系数为 45 W/(mK)，两侧表面温度分别为 t1 = 100、t2 = 50，试求该平板的热阻、热流量、热流密度。1-2 一间地下室的混凝土地面的长和宽分别为 11m 和 8m，厚为 0.2m。在冬季，上下表面的标称温度分别为 17和 10。如果混凝土的热导率为 1.4 W/(mK)，通过地面的热损失率是多少？如果采用效率为 f = 0.90 的燃气炉对地下室供暖，且天然气的价格为 Cg = $0.01/MJ，每天由热损失造成的费用是多少？1-3 空气在一根内径 50mm，长 2.5m 的管子内流动并被加热，已
2、知空气平均温度为 80，管内对流传热的表面传热系数为 h = 70W/(m2K)，热流密度为 q = 5000W/m2，试求管壁温度及热流量。1-4 受迫流动的空气流过室内加热设备的一个对流换热器，产生的表面传热系数 h = 1135.59 W/(m2K)，换热器表面温度可认为是常数，为 65.6，空气温度为 18.3。若要求的加热功率为 8790W，试求所需换热器的换热面积。1-5 一电炉丝，温度为 847，长 1.5m，直径为 2mm，表面发射率为 0.95。试计算电炉丝的辐射功率。1-6 夏天，停放的汽车其表面的温度通常平均达 4050。设为 45，表面发射率为 0.90，求车子顶面单位
3、面积发射的辐射功率。1-7 某锅炉炉墙，内层是厚 7.5cm、 = 1.10W/(mK)的耐火砖，外层是厚 0.64cm、 = 39W/(mK)的钢板，且在每平方米的炉墙表面上有 18 只直径为 1.9cm 的螺栓 = 39W/(mK)。假定炉墙内、外表面温度均匀，内表面温度为 920K，炉外是 300K 的空气，炉墙外表面的表面传热系数为 68 W/(m2 K)，求炉墙的总热阻和热流密度。1-8 有一厚度为 = 400mm 的房屋外墙，热导率为 = 0.5W/(mK)。冬季室内空气温度为 t1 = 20，和墙内壁面之间对流传热的表面传热系数为 h1 = 4 W/(m2 K)。室外空气温度为
4、t2 = 10，和外墙之间对流传热的表面传热系数为 h2 = 6W/(m2 K)。如果不考虑热辐射，试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内、外壁面温度。1-9 一双层玻璃窗，宽 1.1m、高 1.2m、厚 3mm，导热系数为 1.05W/(m K)；中间空气层厚 5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为 2.6010-2 W/(m K)。室内空气温度为 25，表面传热系数为 20 W/(m2 K)；室外温度为10 ，表面传热系数为 15 W/(m2 K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。第 2 章 导热基本定律及稳态
5、热传导习题2-1 一直径为 do，单位体积内热源的生成热 的实心长圆柱体，向温度为 t的流体散热，表面传热系数为 ho，试列出圆柱体中稳态温度场的微分方程式及定解条件。2-2 金属实心长棒通电加热，单位长度的热功率等于 l（单位是 W/m），材料的导热系数 ，表面发射率 、周围气体温度为 tf，辐射环境温度为 Tsur，表面传热系数 h 均已知，棒的初始温度为 t0。试给出此导热问题的数学描述。22-3 试用傅里叶定律直接积分的方法，求平壁、长圆筒壁及球壁稳态导热下的热流量表达式及各壁内的温度分布。2-4 某房间的砖墙高 3m、宽 4m、厚 0.25m，墙内、外表面温度为 15和-5，已知砖的
6、导热系数 = 0.7W/(mK)，试求通过砖墙的散热量？2-5 一炉壁由耐火砖和低碳钢板组成，砖的厚度 1 = 7.5cm，导热系数 1 = 1.1W/(m)，钢板的厚度2 = 6.4cm，导热系数 2 = 39W/(m)。砖的内表面温度 tw1 = 647，钢板的外表面温度 tw2 = 137。（1）试求每平方米炉壁通过的热流量；（2）若每平方米壁面有 18 个直径为 1.9cm 的钢螺栓（ = 39W/(m)）穿过，试求这时热流量增加的百分率。2-6 平壁表面温度 tw1 = 450，采用石棉作为保温层材料， = 0.094 + 0.000125 ，保温层外表面温t度为 tw2 = 50，
7、若要求热损失不超过 340W/m2，问保温层的厚度应为多少？ 2-7 在如图 2-32 所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度 远小于直径 d。由于安装制造不好，试件与冷、热表面之间存在着一厚度为 =0.1mm 的空气隙。设热表面温度t1 = 180 ，冷表面温度 t2 = 30 ，空气隙的导热系数可分别按 t1、t 2 查取。试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。通过空气隙的辐射传热可以忽略不计。（ = 58.2W，d = 120mm ) 2-8 一铝板将热水和冷水隔开，铝板两侧面的温度分别维持 90和 70不变，板厚 10mm，并可认为是无限大平壁。0时铝板的导热系数 = 35.5
8、 W/(mK)，100时 = 34.3 W/(mK)，并假定在此温度范围内导热系数是温度的线性函数。试计算热流密度，板两侧的温度为 50和 30时，热流密度是否有变化？2-9 厚度为 20mm 的平面墙的导热系数为 1.3 W/(mK)。为使通过该墙的热流密度 q 不超过 1830W/m2，在外侧敷一层导热系数为 0.25 W/(mK)的保温材料。当复合壁的内、外壁温度分别为 1300和 50时，试确定保温层的厚度。2-10、某大平壁厚为 25mm，面积为 0.1m2，一侧面温度保持 38，另一侧面保持 94。通过材料的热流量为 1 kW 时，材料中心面的温度为 60。试求出材料的导热系数随温
9、度变化的线性函数关系式？2-11 参看图 2-33，一钢筋混凝土 空斗墙，钢筋混凝土的导热系数 =1.53W/(mK)，空气层的当量导热系数 = 0.742W/(mK)。试求该空斗墙的单位面积的导热热阻。2-12 蒸汽管道的内、外直径分别为 160mm 和 170mm，管壁导热系数 = 58W/(mK)，管外覆盖两层保温材料：第一层厚度 2 = 30mm、导热系数 2 = 0.093W/(mK)；第二层 3 = 40mm、导热系数 3 = 0.17W/(mK)。蒸汽管的内表面温度 tw1 = 300，保温层外表面温度 tw4 = 50。试求(1) 各层热阻，并比较其大小；(2)单位长蒸汽管的热
10、损失；(3)各层之间的接触面温度 tw2 和 tw3。2-13 一外径为 100mm，内径为 85mm 的蒸汽管道，管材的导热系数 = 40W/(mK)，其内表面温度为 180，若采用 = 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 40，蒸汽管允许的热损失 ql =52.3W/m。问保温材料层厚度应为多少？2-14 一根直径为 3mm 的铜导线，每米长的电阻为 2.2210-3。导线外包有厚 1mm 、导热系数0.15W/(mK)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为 65，最低温度 0，试确定这种条件下导线中允许通过的最大电流。2-15 用球壁导热仪测定型砂的导热系数
11、。两同心空心球壳直径分别为 d1 = 75mm，d 2 = 150mm，两球壳间紧实地充填了型砂。稳态时，测得内、外表面温度分别为 t1 = 52.8，t 2 = 47.3，加热的电流 I = 0.124A，电压 U = 15V，求型砂的导热系数。图 2-33 习题 2-11 附图图 2-32 习题 2-7 附图32-16 测定储气罐空气温度的水银温度计测温套管用钢制成，厚度 = 15mm，长度 l = 20mm，钢的导热系数 = 48.5W/(mK)，温度计示出套管端部的温度为 84，套管的另一端与储气罐连接处的温度为40。已知套管和罐中空气之间的表面传热系数 h = 20W/(m2K)，试
12、求由于套管导热所引起的测温误差。2-17 同上题，若改用不锈钢套管，厚度 = 0.8mm，长度 l = 160mm，套管与储气罐连接处予以保温使其温度为 60，试求测温误差为多少？2-18 截面为矩形的冷空气通道，外形尺寸为 32.2m2，通道墙厚度均为 0.3m，已知墙体的导热系数 = 0.56W/(mK)，内、外墙表面温度均匀，分别为 0和 30，试求每米长冷空气通道的冷量损失。2-19 直径为 30mm、长为 100mm 的钢杆，导热系数 = 49W/(mK)，将其置于恒温的流体中，流体温度 tf = 20，杆的一端保持恒定的 200（流体与此端面不接触），流体对杆的表面传热系数为20
13、W/(m2K)，试计算离端头 50mm 处的温度。2-20 过热蒸汽在外径为 127mm 的钢管内流过，测蒸汽温度套管的布置如图 2-34 所示。已知套管外径 d = 15mm ，厚度 = 0.9mm ，导热系数 = 49.1W/(mK)。蒸汽与套管间的表面传热系数 h = 105 W/(m2K)。为使测温误差小于蒸汽与钢管壁温度差的 0.6%，试确定套管应有的长度。2-21 用一柱体模拟燃汽轮机叶片的散热过程。柱长 9cm、周界为7.6cm、截面为 1.95cm2，柱体的一端被冷却到 305（见图 2-35）。815 的高温燃气吹过该柱体，假设表面上各处的表面传热系数是均匀为 28 W/(m
14、2K)，柱体导热系数 = 55 W/(mK)，肋端绝热。试求： （1）计算该柱体中间截面上的平均温度及柱体中的最高温度；（2）冷却介质所带走的热量。2-22 两块厚 5mm 的铝板，粗糙度都是 2.54m，用螺栓连接，接触压力为 2MPa，通过两块铝板的总温差为 80。已知铝的导热系数为180W/(mK)，试计算接触面上的温度差。第 3 章 非稳态热传导习题3-1 一热电偶的热结点直径为 0.15mm，材料的比热容为 420J/(kgK)，密度为 8400kg/m3，热电偶与流体之间的表面传热系数分别为 58W/(m2K)和 126W/(m2K)，计算热电偶在这两种情形的时间常数。3-2 热电
15、偶的热结点近似认为是直径为 0.5mm 的球形，热电偶材料的 = 8930kg/m3，c = 400J/(kgK)。热电偶的初始温度为 25，突然将其放入 120的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数 h = 95W/(m2K)，试求热电偶的过余温度达到初始过余温度的 1%时所需的时间为多少？这时热电偶的指示温度为多少？3-3 将初始温度为 80，直径为 20mm 的紫铜棒，突然横置于气温为 20，流速为 12m/s 的风道中，5min 后紫铜棒表面温度降为 34。已知紫铜的密度 = 8954kg/m3，c = 383.1J/kgK， =386W/(mK)，试求紫铜棒与气体之间的表面传热系
16、数。3-4 有两块同样材料的平壁 A 和 B，已知 A 的厚度为 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？3-5 内热阻相对于外热阻很小（Bi 0.1）的物体被温度为 tf 的常温介质所冷却。物体的初始温度为 ti，表面传热系数不知道，只知道 1 时刻物体的温度为 t1。试求该物体温度随时间的变化关系。3-6 一厚度为 0.2m 的钢板受到常热流密度 q = 10kW/m2 的热流加热，如钢板初始温度为 20，已知钢材导热系
17、数 = 48.5W/(mK)，a = 12.710-6m2/s，试问 4min 后钢板表面温度为多少？距表面 0.1m 处温度为多少？图 2-34 习题 2-20 附图图 2-35 习题 2-21 附图43-7 一长水泥杆，初始温度为 7，直径为 250mm，空气与水泥杆之间的表面传热系数为 10 W/(m2K)，水泥杆的导热系数 = 1.4W/(mK)，a = 710-7m2/s。当周围空气温度突然下降到-4时，试问 8 小时后杆中心的温度为多少？3-8 一块 360mm240mm100mm 的肉，初始温度为 30，将其放入-5冰箱中冷藏，冰箱中的相当表面传热系数 h = 25W/(m2K)
18、，若已知肉的 = 0.55W/(mK)，a = 1.2810-7m2/s，问肉中心的温度达到 5需要多少时间？3-9 一直径为 150mm 的混凝土圆柱，长为 300mm，初始温度 25，已知混凝土的 = 1.37W/(mK)，a = 710-7m2/s， 若把圆柱放在 0的大气环境中冷却，圆柱表面的表面传热系数 h = 15W/(m2K)，试计算中心温度冷却到 5需要多少时间。3-10 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 = 6.5 W/(m2K)，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
19、材料的着火温度。已知木块的边长 0.1m，材料是各向同性的， = 0.65W/(mK)， = 810kg /m 3，c = 2550J/(kg K)。第 4 章 稳态热传导问题的数值解法习 题4-1 试证绝热边界面上节点(i, j)的温度离散方程为 042,1, jijijiji ttt4-2 试证对流传热边界条件，即已知 h 和 tf 时，两壁面垂直相交外拐角点的离散方程为 1, f,()20ijij ijhxt t4-3 一尺寸为 240400 mm2 的薄矩形板，已知各边界表面的条件为：左侧边界面为绝热；右侧边界面为第三类边界条件：h = 40W/(m2K)，tf = 25；上侧面边界为
20、第一类边界条件，已知温度为 200；下侧面边界为第二类边界条件，已知热流密度 q = 1500 W/m2。已知薄板材料的导热系数 = 45W/(mK)，按x = y = 80mm 的步长划分网格，试计算该薄矩形板中的稳态温度分布。4-4 如图 4-7 所示的二维物体的导热系数为 10W/(mK)，上表面温度为 500，左表面温度为 100，右表面和下表面与气体接触，t f = 100，h = 10W/(m 2K)，试求节点 1 至 9 的温度。4-5 烟道墙采用导热系数 = 1.2W/(mK) 的材料砌成，如图 4-8 所示。墙内、外壁面温度分别为 650、150，试用差分法计算墙体的温度分布
21、。第 5 章习题5-1 温度为 50，压力为 1.01325105Pa 的空气，平行掠过一块表面温度为 100的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为 0.2m，宽度为 0.1m。按平板长度计算的 Re 数为 4104。试确定平图 4-7 习题 4-4 附图图 4-8 习题 4-5 附图5板表面与空气间的表面传热系数和传热量。5-2 压力为 1.01325105Pa、温度为 30的空气以 45m/s 的速度掠过长为 0.6m、壁温为 250的平板，试计算单位宽度的平板传给空气的总热量。5-3 温度为 27的空气流过长 1m 的平板，风速为 10m/s，画出局部表面传热系数沿板长的变化
22、曲线，并求出全板的平均表面传热系数。5-4 压力为大气压的 20的空气，纵向流过一块长 320mm、温度为 40的平板，流速为 10m/s。求离平板前缘 50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、 300mm、320mm 处的流动边界层和热边界层的厚度。5-5 题 4 中如平板的宽度为 1m，求平板与空气的换热量。5-6 对于流体外掠平板的流动，试利用数量级分析的方法，从动量方程引出边界层厚度的如下变化关系式： 。1Rex:5-7 对于油、空气及液态金属，分别有 、 、 。试就外掠等温平板的层流边界层Pr1:rP1:流动，画出三种流体边界层中速度分布与温度分布的大致图像（要能显
23、示出 与 t 的相对大小）。5-8. 温度为 80的平板置于来流温度为 20的气流中，假设平板表面上某点在垂直于壁面方向的温度梯度为 40/mm，试确定该处的热流密度。5-9 取外掠平板边界层的流动由层流转变为湍流的临界雷诺数（Re c）为 5105，试计算 25的空气、水及 14 号润滑油达到 Rec 数时所需的平板长度，取 u = 1m/s。5-10 试通过对外掠平板的边界层动量方程式 2uuvxy沿 y 方向作积分（从 y = 0 到 y ）（如图 5-9 所示），导出下列边界层的动量积分方程。提示：在边界层外边界上 v 0。0 0()yduudx5-11 在一摩托车引擎的壳体上有一条高
24、 2cm、长 12cm 的散热片（长度方向系与车身平行）。散热片的表面温度为 150。如果车子在 20的环境中逆风前进，车速为 30km/h，而风速为 2m/s，试计算此时肋片的散热量（车速与风速平行）。第 6 章 单相对流传热的实验关联式习题6-1 试用量纲分析方法证明，恒壁温情况下导出的 Nu = f (Gr, Re)的关系式对于恒热流边界条件也是合适的，只是此时 Gr 数应定义为 。42()VGrgql6-2 对于常物性流体横向掠过管束时的对流传热，当流动方向上的排数大于 10 时，实验发现，管束的平均表面传热系数 h 取决于下列因素：流体速度 u、流体物性 、c p、 、，几何参数 d
25、、s 1、s 2。试用量纲分析方法证明，此时的对流传热关系式可以整理成为Nu = f (Re, Pr, s1/d, s2/d)6-3 对于空气横掠如图 6-17 所示的正方形截面柱体的情形，有人通过试验测得了下列数据：u 1 = 15m/s，h = 40W/(m2K)，u 2 图 5-9 习题 10 附图图 6-17 习题 3 附图（l = 0.5m ）6=20m/s，h = 50W/(m2K)，其中 h 为平均表面传热系数。对于形状相似但 l = 1m 的柱体，试确定当空气流速为 15m/s 及 20m/s 时的平均表面传热系数。设在所讨论的情况下空气的对流传热准则方程具有以下形式：Nu =
26、CRenPrm四种情形下定性温度之值均相同。特征长度为 l。6-4 有人曾经给出下列流体外掠正方形柱体（其一个面与来流方向垂直）的传热数据：Nu Re Pr41 5000 2.2125 20000 3.9117 41000 0.7202 90000 0.7采用 Nu =CRenPrm 的关系式来整理数据并取 m = 1/3，试确定其中的常数 C 和指数 n。在上述 Re 及Pr 数的范围内，当方形柱体的截面对角线与来流方向平行时，可否用此式进行计算，为什么？6-5 在一台缩小成为实物 1/8 的模型中，用 20的空气来模拟实物中平均温度为 200空气的加热过程。实物中空气的平均流速为 6.03
27、m/s，问模型中的流速应为多少？若模型中的平均表面传热系数为195W/(m2K)，求相应实物中的值。在这一实验中，模型与实物中流体的 Pr 数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值？6-6 为了用实验的方法确定直径 d = 400mm 的钢棒热导率 = 42 W/(mK)，热扩散率 a = 1.1810-5 m2/s，表面传热系数 h = 116W/(m2K)放入炉内时间 = 2.5h 时的温度分布，现用几何形状相似的合金钢棒 m = 16 W/(mK)，a m = 0.5310-5 m2/s，h m = 150W/(m2K)在不大的炉中加热。求模型的直径 dm 和模型放入炉内多少时间
28、后测量模型中的温度分布。6-7 现用模型来研究某变压器油冷却系统的传热性能。假如基本的传热机理是圆管内强制对流传热，变压器原耗散 100kW 的热流量。变压器油的 = 131.510-3W/(mK)，Pr = 80。模型的直径为 0.5cm，线性尺寸为变压器的 1/20，表面积为变压器的 1/400。模型和变压器中的平均温差相同，模型用乙二醇作流体，雷诺数 Re = 2200。乙二醇的 = 25610-3W/(mK)，Pr = 80， = 0.86810-5 m2/s。试确定模型中的能耗率（散热热流量）和流速。6-8 一个正方形（ 10mm10mm）硅芯片的一侧绝缘，另一侧用 u = 20m/
29、s 和 T = 24的常压平行空气流冷却。在使用过程中，芯片内部的电功耗使冷却表面上具有恒定的热流密度。如果要求芯片表面上任意点的温度都不超过 80，最大允许的功率是多少？如果该芯片安装在衬底上，且上表面与衬底表面平齐，衬底构成了 20mm 的非加热起始段，则最大允许的功率是多少？6-9 一个用电的空气加热器由一组水平放置的薄金属片阵列构成，空气平行流过这些金属片的顶部，它们沿气流方向上的长度均为 10mm。每块金属片的宽度均为 0.2m，共有 25 块金属片依次排列，形成一个连续且光滑的表面，空气以 2m/s 的速度流过该表面。在运行过程中每一个金属片均处于 500，而空气则处于 25。（1
30、）第一块金属片上的对流散热速率是多少？第五块呢？第十块呢？其它所有的金属块呢？（2）在空气流速分别为 2m/s、5m/s 及 10m/s 时，确定（1）中所有位置处的对流传热速率。用表或条线图的形式表示结果。（3）重复（2），但此时整个金属片阵列上的流动都是湍流。6-10 考虑 20的水以 2m/s 的速度平行流过一块长为 1m 的等温平板。（1）画出对应于临界雷诺数分别为 5105、310 5 和 0（流动为完全湍流）的三种流动条件下局部表面传热系数 hx 沿板距的变化。（2）画出（1）中三种条件下平均表面传热系数 随距离的变化。xh（3）（1）中三种流动条件下整个平板的平均表面传热系数 分
31、别是多少？l6-11 用一根没有隔热的蒸汽管道将高温蒸汽从一栋建筑输送到另一栋建筑。管道直径为 0.5m，表面7温度为 150，并暴露于-10 的环境空气。空气以 5m/s 的速度横向流过管道。（1）单位管长上的热损失是多少？（2）讨论用硬质聚氨酯泡沫 m = 0.026 W/(mK)对管道进行隔热的效果。在 0mm 50mm 范围内计算并画出热损失随隔热层厚度 的变化。6-12 一个直径 D = 10mm 的长圆柱形电加热元件的热导率 = 240 W/(mK)、密度 = 2700kg/m3、比热容 cp = 900J/(kgK)，将它安装在一个管道中，温度和速度分别为 27和 10m/s 的
32、空气横向流过该加热器。（1）忽略辐射，计算单位长度加热器的电功耗为 1000W/m 时加热器的稳态表面温度。（2）如果加热器在初始温度为 27时启动，计算表面温度达到与其稳态值相差 10以内所需的时间。6-13 用热线风速仪测定气流速度的试验中，将直径为 0.1mm 的电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为 25，电热丝温度为 55，测得电热丝功率为 20W/m。假定除对流外其它热损失可忽略不计。试确定此时的来流速度。6-14 两个标准大气压、温度为 200的空气，以 u = 10m/s 的流速流入内径 d = 2.54cm 的管内被加热。壁温比空气温度高 20。若管长为 3m，试求通过管子的换
33、热量和空气出口温度。6-15 在一个预热器中通过在管束内冷凝 100的蒸汽来加热入口压力和温度分别为 1atm 和 25的空气。空气以 5m/s 的速度横向流过管束，每根管子均为 1m 长、外径为 10mm。管束由 196 根管子构成正方形顺排阵列，有 S1 = S2 =15mm。对空气的总的传热系数是多少？6-16 如图 6-18 所示，一股冷空气横向吹过一组圆形截面的直肋。已知：最小截面处的空气流速为 3.8m/s，气流温度 tf =35；肋片的平均表面温度为65，导热系数为 98W/(mK)，肋根温度维持定值；S 1/d = S2/d = 2，d = 10mm。为有效地利用金属，规定肋片
34、的 mH 值不应大于 1.5，试计算此时肋片应多高？在流动方向上的排数大于 10。6-17 某锅炉厂生产的 220 t/h 高压锅炉，其低温段空气预热器的设计参数为：叉排布置，S1=76mm，S 2 = 44mm，管子为 40mm 1.5mm，平均温度为 150的空气横向冲刷管束，流动方向的总排数为 44。在管排中心线截面上的空气流速（即最小截面上的流速）为 6. 03m/s。试确定管束与空气间的平均表面传热系数。管壁平均温度为 185。6-18 油冷却器中的顺排管束由外径为 2cm 的管子组成。水横掠管束，在水流方向上管排数为 10，管束的 S1/do = S2/do= 1.25。高温油在管
35、内流动，管子外表面温度为 50，冷却水温度为 30，管间最窄处的质流密度为 4kg/(m2s)。试求管外的对流表面传热系数。6-19 90的水蒸气在叉排管束的管内凝结，横掠管束的空气从 15被加热到 45。管子外径为12mm，管束纵向间距 S2 = 18mm，横向间距 S1 = 36mm。横掠管束前空气的质流密度为 11kg/(m2s)。求沿气流方向的管排数。6-20 空气横掠一光滑管束空气预热器。已知管束有 22 排，每排 24 根管；管子外径为 25mm，管长为 1.2m；管束叉排布置，管子间距 S1 = 50mm，S 2 = 38mm；管壁温度为 100；空气最大流速 umax = 6m
36、/s，平均温度为 30。试求表面传热系数以及热流量 。6-21 水平放置的蒸汽管道，保温层外径 do = 383mm，壁温 tw = 48，周围空气温度 t = 23。试计算保温层外壁的对流散热量。6-22 大气压下 30的空气以 30cm/s 的平均速度通过长 0.5m、直径为 20mm 的横管。若管壁温度维持 130，试计算对流传热系数。6-23 一块宽 0.1m、高 0.18m 的薄平板竖直地置于温度为 20的大房间中，平板通电加热，功率为100W。平板表面喷涂了反射率很高的涂层，试确定在此条件下平板的最高壁面温度。6-24 温度分别为 100和 40、面积均为 0.50.5m2 两竖壁
37、，形成厚 = 15mm 的竖直空气夹层。试计算通过空气夹层的自然对流传热量。图 6-18 习题 16 附图（部分肋片未画出）8第 7 章 相变对流传热习题7-1 饱和水蒸气在高度 L = 1.5m 的竖直管外表面上作层流膜状凝结。水蒸气压力为 p = 2.5105Pa，管子表面温度为 123，试利用努塞尔分析解计算离开管顶 0.1m、0.3m 、0.5m、0.8m 及 1.1m 处的液膜厚度和局部表面传热系数。7-2 大气压力下饱和蒸汽在 70的垂直壁面上凝结放热，壁面高 1.3m、宽 0.5m，求每小时的传热量及凝结水量。7-3 立式氨冷凝器由外径为 50mm 的钢管制成。钢管外表面温度为
38、25，冷凝温度为 30，要求每根管子的氨凝结量为 0.009kg/s，试确定每根管的长度。7-4 一竖管，管长为管径的 64 倍。为使管子竖放与水平放置时的凝结表面传热系数相等，必须在竖管上安装多少个泄液盘？设相邻泄液盘之间的距离相等。7-5 一房间内空气温度为 25，相对湿度为 75%。一根外径为 30mm，外壁平均温度为 15的水平管道自房间穿过。空气中的水蒸气在管外壁面发生膜状凝结，假定不考虑传质的影响。试计算每米管子的凝结传热量。并将这一结果作分析：与实际情况相比，这一结果是偏高还是偏低？7-6 试分析：液体在一定压力下作大容器饱和沸腾时，表面传热系数 h 增加一倍，壁面过热度应增加多
39、少倍？如果同一液体作单相湍流强制对流传热（湍流充分发展），为使表面传热系数 h 增加一倍，流速应增加多少倍？这时流体的驱动功率将增加多少倍？7-7 直径为 5mm，长度为 100mm 的机械抛光不锈钢薄壁管，被置于压力为 1.013105Pa 的水容器中，水温已接近饱和温度。对该不锈钢管两端通电以作为加热表面，试计算当加热功率为 1.9W 和 100W 时，水与钢管表面间的表面传热系数。7-8 试计算当水在月球上、并在 105Pa、1010 5Pa 压力下作大容器饱和沸腾时，核态沸腾的最大热流密度比地球上的相应数值小多少？（月球上的重力加速度为地球的 1/6）第 8 章 热辐射与辐射传热的计算
40、习题8-1 已知材料 A、B 的光谱吸收比 ()与波长的关系如图 8-45 所示，试估计这两种材料的发射率随温度变化的特性，并说明理由。8-2 一炉膛内火焰的平均温度为 1500K，炉墙上有一直径为 20cm 的看火孔（可视为黑体）。试计算当看火孔打开时向外辐射的功率。该辐射能中波长为 2m 的辐射力是多少？哪一种波长下的辐射能量最多？8-3 一漫射表面在某一温度下的单色辐射力与波长的关系如图 8-46 所示，试：（1）计算此时的辐射力；图 8-46 习题 8-3 图 图 8-45 习题 8-1 图 9（2）计算此时法线方向的定向辐射强度。8-4 有一块厚度为 3mm 的玻璃，经测定，其对波长
41、为 0.3 2.52m 的辐射能的穿透率为 0.9，而对其它波长的辐射能可以认为完全不穿透。试据此计算温度为 5800K 的黑体辐射及温度为 300K 的黑体辐射投射到该玻璃上时各自的穿透率。8-5 面积为 A1 = 410-4m2，温度为 T1 = 1000K 的漫射表面向半球空间发出热辐射，在与辐射表面法向成45方向、距离为 1m 处安置一直径为 20mm 的热流计探头，测得该处的热流为 1.20-3W，探头表面的吸收比取 1。试确定辐射表面的黑度。8-6 两块平行放置灰体平板的表面黑度为 0.8，温度分别为 t1 = 527及 t2 = 27，板间距远小于板的宽度和高度。试计算：（1）板
42、 1 的本身辐射；（2）对板 1 的投入辐射；（3）板 1 的反射辐射；（4）板 1 的有效辐射；（5）板 2 的有效辐射；（6）板 1、2 间的辐射传热量。8-7 设热水瓶的瓶胆可以看作直径 10cm、高 26cm 的圆柱体，夹层抽真空，其表面黑度为 0.05。试估算沸水刚冲入水瓶后，初始时刻水温的平均下降速率。夹层两壁温可以近似的取为 100和 20。8-8 一直径为 0.8m 的薄壁球形液氧储存容器，被另一个直径为 1.2m 的同心薄壁容器所包围。两容器表面为不透明漫灰表面，发射率均为 0.05，两容器表面之间是真空的，如果外表面的温度为 300K，内表面温度为 95K，试求由于蒸发使液
43、氧损失的质量流量。液氧的蒸发潜热为 2.13105J/kg。8-9 两个相距 1m、直径为 2m 的平行放置的圆盘，相对表面温度分别为 t1 = 500、t 2 = 200，发射率分别为 1 = 0.3、 2 = 0.6，圆盘另外两个表面的换热忽略不计。试确定下列两种情况下每个圆盘的净辐射传热量：（1）两圆盘被放置于 t3 = 20的大房间中； （2）两圆盘被放置于一绝热空腔中。8-10 两漫灰平行平板间存在着辐射传热，并保持表面温度 T1T 2，表面发射率分别为 1、 2。为减少两板间的辐射热流，用一个两侧面发射率不同的薄遮热板将两板隔开。试问：（1）为使两板之间的辐射传热有最大的减少，遮热
44、板应如何放置？即应将该发射率小的还是大的一侧朝向温度为 T1 的平板？ （2）上述两种放置方法中哪一种使遮热板温度更高？第 9 章 传热过程与换热器习题9-1 热流体 A 流入一换热器中加热石油，其进口温度为 300，出口温度为 200。石油从 25加热后升至 175。试求两流体顺流和逆流时的对数平均温差。9-2 压力为 6.18105Pa 的干饱和蒸汽在换热器中冷凝，冷却水在管内流过，温度从 20上升至 70。试求对数平均温差。9-3 在空气加热器中，空气从 20被加热到 230，烟气从 430被冷却到 250。试求流体顺流、逆流和交叉流时的传热平均温差。两种流体交叉流动时烟气混合，空气不混
45、合。9-4 在某气-气套管式换热器中，中心圆管的内外表面都设置了肋片，试用下表所列符号导出管内流体与环形夹层中流体之间总传热系数的表达式。基管的导热系数为。名 称 内表面 外表面 名 称 内表面 外表面流体温度 tf,i tf,0 总传热面积 At,i At,0表面传热系数 hi h0 肋效率 i 0肋片部分面积 Af,i Af,0 基管半径 ri r0基管面积 Ar,i Ar,09-5 一卧式冷凝器采用外径为 25mm、壁厚为 1.5mm 的黄铜管换热表面。已知管外冷凝侧平均表面传热系数 h0 = 5700 W/(m2K)，管内水侧平均表面传热系数 hi = 4300 W/(m2K)。试计算
46、下列两种情况下冷凝器按管子外表面积计算的总传热系数：(1)管子内外表面均是洁净的；(2)管内为海水，流速大于 1m/s，结水垢，平均温度小于 50，蒸汽侧有油。9-6 某厂由于生产需要，将冷却水以 2010325l0 3kg/h 的质量流量向距离 3km 的车间供应，供水管道外直径为 160mm。为防止冬天水在管道内结冰，在管道外包裹导热系数 = 0.12W/(mK)的沥青蛭石管壳。保温层外表面的复合换热表面传热系数 h0 = 35 W/(m2K)。该厂室外空气温度达-15，此时水泵的出口水10的温度为 4。试确定为使冷却水不结冰的最小保温层厚度。忽略管壁热阻及管内水的对流换热热阻。9-7 一
47、种工业流体在顺流换热器中被油从 300冷却到 140，而此时油的进、出口温度分别为 44和124。试确定：(1)在传热面积足够大的情况下，该流体在顺流换热器中所能冷却到的最低温度；(2)传热面积足够大时，该流体在逆流换热器中所能冷却到的最低温度；(3)在相同的流体进口、出口温度下顺流和逆流换热器传热面积之比。假定两种情形的传热系数和传热量均相同。9-8 有一台 1-2 型壳管式换热器用来冷却 11 号润滑油。冷却水在管内流动， =20， =50，流量2t“2t为 3kg/s；热油的进出口温度为 =100、 =60，传热系数 k = 350W/(m2K)。试计算：油的流量；1t“1t所传递的热量；所需的传热面积。9-9 在一台逆流式水-水换热器中， = 87.5， = 32，q m1 = 9000kg/h，q m2 = 13500kg/h，k = 2t1740W/(m2K)，A = 3.75m 2。试确定热水的出口温度。9-10 欲采用套管式换热器使热水与冷水进行热交换，并给出 =200，q m1 = 0.0144kg/s， =35，q m2 1t 2t= 0.0233kg/s。取总传热系数 k = 980 W/(m2K)，A = 0.25m2，试确定采用顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、冷却水出口温度及换热器的效能。
