1、1熱工基礎(chǔ)習題解答第二章：傳熱學(xué)2-1某窯爐爐墻由耐火粘土磚、硅藻土磚與紅磚砌成，硅藻土磚與紅磚的厚度分別為40mm和250mm,導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.13和0.39W/m C,如果不用硅藻土層，但又希望爐墻的散 熱維持原狀，則紅磚必須加厚到多少毫米？解：設(shè)爐墻內(nèi)外表面妁 溫虔分別為J粘土磚、 硅藻土磚和紅磚的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)分別為不 耳 右 和話、g g則三髀材料榔便用時爐墻的散熱熱流 密度為：的橫越熱流密度為：當暉使用硅焦土磚吋，為了維持爐墻的散熱熱流 密度蘋變，設(shè)紅曄的厚 度應(yīng)増加到規(guī) 此葉爐墻(2)_L十由于qI由fD式和式得解得也奢恥"x罟+叫370顧即紅磚的厚度應(yīng)增加到 370

2、mm才能維持原散熱熱流密 度不變。2-2 某廠蒸汽管道為 ?175X 5的鋼管，外面包了一層95mm厚的石棉保溫層，管壁和石棉的 導(dǎo)熱系數(shù)分別為50、0.1w/m. C，管道內(nèi)表面的溫度為300C，保溫層外表面溫度為50C。試求每米管長的散熱損失。在計算中能否略去鋼管的熱阻，為什么？解：石棉保溫層和鋼管在每米長度方向上產(chǎn)生的熱阻分別為：R.二一!一In 業(yè)二 一1 X In = tt.000187m/ w旳 £ lxX14x5D)65二-J ln = -' xd 365九 rf, IxJJJxOJ175通過每米管長的峨熱損失為:300-50(1.000187 + 1J7=21

3、3 艸 i m由于北遠小于治，所以鋼管的熱阻可以略去2-3試求通過如圖3-108所示的復(fù)合壁的熱流量。假設(shè)熱流是；已知各材料的導(dǎo)熱系數(shù)為：入 a=1.2、入 b=0.6、入 c=0.3、入 D=0.8w/m?C。解：各種材抖的熱阻分別為:5巧 L2x0一0.075幾對F.0.6x0.05-&0,075-(L3x(L05 ”(L054.998°C/ w也20臚C7牌忍九F“ 0.8x040.625°C / w總熱阻為:7 +詐”=2,5°C/»v5簽誥+心熱!流量為:370-6625= 122 幡2-4平壁表面溫度tw仁450 C,采用石棉作為保溫

4、層的熱絕緣材料，導(dǎo)熱系數(shù) 入=0.094+0.000125t，保溫層外表面溫度tw2=50 C,若要求熱損失不超過 340w/m 2C,則保溫層的厚度應(yīng)為多少？解：平壁的平均溫度為：450 + 502'=25O°C石棉的平均導(dǎo)熱系數(shù)為:=； 0.094 + IKO(MJ125rflb -OOV4+OJMIO125 x 250 -O,125h-/wC通過平壁的熱流密度為:欲使熱損失不超過給定值，則有：340即保溫層的厚度應(yīng)至少為 147mm。2-5澆注大型混凝土砌塊時，由于水泥的水化熱使砌塊中心溫度升高而導(dǎo)致開裂，因此，砌 塊不能太大。現(xiàn)欲澆注混凝土墻，水泥釋放水化熱為100w

5、/m3，混凝土導(dǎo)熱系數(shù)為1.5W/m C,假設(shè)兩壁 溫度為20 C,限制墻中心溫度不得超過 50 C。試問 墻厚不得超過 多少米？解：由于墻的兩側(cè)溫度相等，所以墻內(nèi)的溫度分布為將X吐辛代入上式得到墻中心溫度為:2r =!蟲$卡ff *欲使C M 50叱,則有:即墻厚不得超過1也.2-6一電爐爐膛長X寬X高=250 x 150X 100mm,爐襯為230mm厚的輕質(zhì)粘土磚（密度為800kg/m3）。已 知內(nèi)壁平均溫度為900C,爐體外表面溫度為 80C。 試求此電爐的散熱 量。解：通過該電爐的散熱量可以表示為：將該電爐視為中空長方體，則其核算面積為：J +2.165（ 4-ja + JJ + L

6、2J2-2(0.25x0.15 +0,25x04+0J5x0J)+ 2J6x<E23x(Ot25+OJ5 + 0.1)+L2x023z-0.44688查得廠和0儲/卅的粘土磚的導(dǎo)熱系數(shù)為：2 HL26 中 0.23x1 (尸 tW / m °C爐壁的平均溫度為:900 + S0= 490°C在該泯度下粘土持的導(dǎo)熱系數(shù)為:xfl h=0J6 + 0J3 xl0"'x 490 = 0J727通過該電爐時散拈董為：4? = g 巴億6)n 3727=二x 0-46688 x (900-80) = 620fF0.232-7有兩根用同樣材料制成的等長度水平橫管

7、，具有相同的表面溫度，在空氣中自然散熱， 第 一根管子的直徑是第二根管子直徑的10倍，如果這 兩根管子的(GrPr)值均在103109之間，且可用準數(shù)方程式Nub=0.53Grb。試求兩根管子的對流換 0.25熱系數(shù)比值和熱損失的比值。解：對于與圓管進行對流換熱的情形，空氣的由于橫管的表面溫度相同，并且空氣溫度相同，所以均相等，可得0Q3G襯驚0536)= 5.62由于人1獷甲*所以那么:Ad%血"2 -" Alrr U£t2£N叫 M10散熱更0 = £加乩所說：魚 工仃M = o,562x 10 = 5,62Qt a沖2-8根據(jù)隧道窯模型實

8、驗，確定了圓柱形料垛對流換熱系數(shù)的準數(shù)方程式為： Nuf=0.0146Ref0.85。 現(xiàn)用空氣強制冷卻圓柱形料垛，空氣溫度為20C，空氣流速為1.28m/s，料垛直徑為0.118m。試求圓柱形 料垛對空氣的對流換熱系數(shù)。解：查得空氣在20 C時的物性參數(shù)為：p = 1*2051®/jm A -239x 1<FJ WI tn °Cx 106 pa 彳凹2E1如0化血5518,lx IO-6=0r0146=0.0146xl0055°5 =36.80J182-9條半圓拱式煙道，長 10m，煙道內(nèi)寬800mm ,兩側(cè)墻高300mm，拱高400mm。今有煙 氣以18

9、00Nm3/h的流量通過該煙道，已知煙氣平均溫度為350C，煙道內(nèi)壁面平均溫度為240 C,試求煙氣對壁面的對流換熱系數(shù)及傳熱量。解：煙道的截面積和周長分別為：F = ix3.14x0.82 + 0.8 x 0.3 = 0.4912/w2 8r = |x3.14x 0.8 +0.8+2x03 = 2.656加當量直徑為:4F 4x0.4912匚二二二=（）a74/n2.656煙氣在煙道內(nèi)流動的速度為：皿+価0x（1 +篇232m/s0.4912x3600 一- - 一F查得煙氣在35()。(7時的物性參數(shù)為： p-0.57Ug/m 右列).0527爐/刖 °C, “/2995xl0

10、6Pa.s,Prz =0.645在煙道壁面溫度240。（7時的物性參數(shù)為:= 0.66piv/ 0.571x2.32x0.74”為鴻流由于煙氣溫度校離，所以采用米海耶夫關(guān)系式:AW/-0.021 RePrHl=0.021 x 3273 嚴 x 0.645' x0.6450.66O.2S= 70.770.7x0.1)527<k74由于w» 13.5<511,屬于短管*閔須進行杖正,<0.74查得校正系救£嚴口土所以實際的對流換熱系數(shù)。為;Ji =-Qc對就換熱肚為：y =«L7A/ = 5.63x10x2.656x(350-240) = 1

11、6148jr.2-1060C的水進入一內(nèi)徑為 25.4mm的管子，水的流速為 2cm/s。試計算水的出口溫度（已知管長3m，管壁溫度恒 定為80 C）解：設(shè)水出口處的溫度為 70C，則水的定性溫度為:60 + 702=65°C查得水的物性參數(shù)為:p -9N0.45A« / m '» A = 0.663Smj I m °C t - 437 xW' 卩z n、Pr = 2.77t= 3.54 x 10 4- a » Cp = 4.183AJ / kg.aCr4J7x10"屬層址根據(jù)判別式確定計算式：R<?>11

12、4flx2.77x豈理=26.7> 107 f !J儻用賽泰公式：游丹=4必（R專P»盧（%*巴嚴*i 0 O2S4 - J 37"齢呻山樸（亍和宜宀皿a =也今匸妙也竺.1輻臚治M（I0,0254根攥能篁中嚏原理：JZ如g _f”= 0r = C*M 7J4變形得：, Aalt-Tf4xHRx3x（8O65）1 Cp " 9H（Ms7i）?01760254 x 41S13 x 1CT + 1-72J°C與原假設(shè)相差不大，所以可以認為水的出口溫度為72.8C。如果要求的精確度更高，可以再假設(shè)水的 出口溫度為714C，繼續(xù)進行計算，直到滿意為止。2-

13、11兩無限大平面，其表面溫度分別為20C及600C,黑度均為0.8,在這兩塊平面間安放一塊黑度為0.8或 0.05的遮熱板，試求這兩無限大平行平面間的凈輻射熱量。解：使用電網(wǎng)絡(luò)單元法當安赦黑度為碼=則的遮熱板時:5.67100273 + 600273 + 201PD（2）密安菽黑度=0+05的遮熱扱時:H-(打3+ 6帕)1 + 1 +2x( 1 -1)_（血丿r 273+20 Y2-12已知裸氣管的表面溫度為440 C,直徑為0.3m，黑度為0.8,周圍環(huán)境溫度為裸氣管 的周圍安放遮熱管（黑度為0.82，直徑為0.4）（1）求裸氣管的輻射散熱損失。10C，在C，裸氣管（2） 如果同時考慮對流

14、換熱損失，已知遮熱管對流換熱系數(shù)為35W/m2 的散熱損失為多少?解:設(shè)裸氣管的溫度為tv遮熱管的溫度為Q 裸氣營對遮熱管的幅射換熱量為：釀熱骨的般熱損失的：也5彳島）4金）*處于軸呼衡時.0】2二込3=仝 持已知歎據(jù)代入解帚： rt = S69AFt d、 4輻射散熱損失為：“82W*需)帶卜Mx"曲訶T(2)當考慮遮熱管的對流換熱損失時，遮熱管的散熱損失為: »=gGyi 島訃"(LG巧 處于熱平衡時，Qn = Qu裸氣管的散熱損失為: 35 x (435 - 2«3 )x 3.14 x 0.4 二 8.4 x 105 W / m2-13有一平板，水

15、平放置在太陽光下， 已知太陽投射到平板上的熱流量為 700W/m2，周圍環(huán) 境溫度為25C。如果忽略對 流換熱，試求下列情況下的平板表面溫度：平板表面涂有白漆。平板表面涂有無光黑漆。如果將上述平板放置在工業(yè)爐的熱輻射下，當輻射熱流量仍為700W /m2,環(huán)境溫度仍為25 C時。已知白漆對于太陽輻射的吸收率為0.14，白漆對于低于 2000 C的熱輻射的吸收率為0.90，無光黑漆對于太陽輻射的吸收率為0.96，無光黑漆對于低于2000 C的熱輻射的吸收率為0.95。解：根據(jù)克希霍夫定律，黑體和灰體的吸收率等于同溫度下的黑度,(1H殳投射到平娠上的太陽光輻射量為&則平板的吸收量為l： A.

16、設(shè)平板的表面溫度為處于熱平衡時:=.±= 0.14,嚴匕卯，町=2帕直代入解得:人= 314A即乎板表面溫度為41°C門）當將平坂表面涂有無光黑漆時,式仍然適用：4£ = 700FF/m J = 0.96, t =0.9S 巧二2州蠱代入（町式 解得： 7； =37SA'即平板表面溫度為汕即C.（3溝將表面涂有白漆的平板放置在工業(yè)爐的輻射下時 <r-700JF/wJ, A = 0-90, £-0.90, 7；叱 2伽 K代入佃）式 解得：/； - 377K即表面涂有白漆妁平板表面瀛度為104°C同理當表面涂有無光黑漆時.求得:iw

17、-io4r2-14 熱空氣在426 x 9mm的鋼管中流過，熱空氣的溫度用一個裝在外徑為 15mm的瓷 保護管中的 熱電偶來測量，為了減小測量誤差，把熱電偶保護瓷管用薄鋁圓筒屏蔽，屏蔽筒的黑度為 0.3，面積 為保護瓷管的 4倍。空氣向屏蔽筒的對流換熱系數(shù)為35w/m2C,已知鋼管內(nèi)壁溫度為 110C，熱電偶 讀數(shù)（即瓷管溫度）為 220 C，瓷管 的黑度為0.8,空氣向瓷管的對流換熱系數(shù)為 52.4w/m2C,設(shè)瓷管 本身的熱傳導(dǎo)可忽略不計。試求熱電偶的測量相對誤差，并求出空氣的實際溫度。解：設(shè)薄鋁圓筒（遮熱罩）F1溫度t3、表面積F3,管道內(nèi)熱空氣與熱接點之間的對流換 熱量管道內(nèi)熱空氣與遮

18、熱罩兩表面之間的對流換熱量幺廠2冬億-刃熱電偶接點與遮熱罩之間的輻射換熱量：0I-1 i. I% i i叭遮熱罩與管道壁之間的輻射換熱量當熱接點達到熱平衡時,由于F1 vv F3，則:同理，當遮熱罩達到熱平衡時,代入已知數(shù)據(jù)，求得：t3=185.2 C, t仁218.2 C,熱電偶測量誤差:2-15 試求鍋爐壁(S =20mm ,入=58w/mC )兩表面的溫度和通過鍋爐壁的熱流量。已知煙氣溫度 為1000 C,水的溫度為200 C，從煙氣到壁面的對流輻射換熱系數(shù)為116w/m2C,從壁面到水的對流換熱系數(shù)為2320 w/m2 Co解：通過鍋爐壁的熱流 量為:心亠、 亠 loon-zoo j十仇唾卡I 石 7 玄 116 E 2320= S.5!xl0Ol7w'同理可得與桂觸的璧面溫度為7nd1 lnIjxX d.由f廠硏厲-如）得到與煙氣接融的壁面溫度為: iW如-常"做2-16 一根內(nèi)徑為20mm，外徑為30mm的鋼管，包上20mm厚的保溫材料，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.057 w/m C,表面黑度為0.7,保溫層的內(nèi)壁溫度 為200C,周圍環(huán)境溫度為20C。試計算每米管長的熱損失。20,亠 711-54.92« /ffi.,702 戚2x330ta為空氣的溫度，通過保溫層導(dǎo)熱的熱流量為:解：設(shè)保溫層的外表面溫度為t2,則保溫層向