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1、计算题假设两小时内通过152mmX152mm13mm（厚度）的实验板的导热量为20.16kcal,板的两面温度分别为19和26o求：实验板的导热系数。45cm,-30cm在稳定状态下双层平壁体系内的温度分布如图所示。如果稳定态热流密度为1085OkCaiZnBhr,材料I的导热系数九=45kcalmhrKo求：材料II的导热系数。习题2附图3 .设有厚度为S的无限大平板，无内热源，材料均匀，=o（l+br）,平板两侧温度分别为力和切由固体导热微分方程求解平板内的温度分布方程。4 .已知球坐标系下的热量传输微分方程为：确定通过一实心球壳的稳态传热的热流量。（Js）的表达式。设球壳的内外半径和温度
2、分别为R、&和外出材料的导热系数为九且不随温度变化。5 .有一半径为R的球体置于静止的流体中，流体无任何对流，球体表面温度为如流体的平均温度为环导热系数为/1（常数）。（1）确定球体周围流体内部的温度分布式；（2）确定该情况下的努塞尔特准数M”。6 .由傅立叶定律证明：对力亥、厚度为S的一维平板导热问题，如果导热系数可表示为2=（1+br）,则夕=（仁殳中的（=t也s27 .已知双层玻璃窗大小60CmX60cm,玻璃厚为6mm,导热系数为0.78WC-mL空气间隙厚为8mm,导热系数为0.0244WCLmL面向室内AV尸20,面向室外搞2=20。求:通过双层玻璃的散热量；若采用单层玻璃，其热损
3、失是双层的多少倍？8 .某圆筒型炉壁由两层耐火材料组成，第一层为镁碳砖，第二层为粘土砖，两层紧密接触。第一层内外壁直径为2.94m、3.54m,第二层外壁直径为3.77m,炉壁内外温度分别为1200和150。求:导热热流与两层接触处温度（已知为=4.30.48XlOW,论=。698+0.5103rwm0C）o9 .一蒸汽管外敷两层隔热材料，厚度相同，若外层的平均直径为内层的两倍，而内层材料的导热系数为外层材料的两倍。现若将两种材料的位置对换，其他条件不变，问：两种情况下的散热热流有何变化？10 .某热风管道，内径d=85mm,外径d2=100mm,管道材料导热系数为=58wmK,内表面温度h=
4、150Cf现拟用玻璃棉保温(l2=0.0526wmK),若要求保温层外壁温度不高于40C允许的热损失为QL=52.3wm,试计算玻璃棉保温层的最小厚度。11 .管道内径d=57mm,内壁温度面=150C,周围空气温度3=30C,外表与空气间对流给热系数力2=10.5wm2K,管壁材料4=0.233wmK,当厚度分别为50mm、IOOmm时，求管道热损失，并计算管道临界直径；若将管壁材料更换为4=L4wmK的材料，其他条件不变，上述计算结果有何变化？12 .直径为Ioomm的长黄铜棒，由20C放入800。的恒温介质中加热，若介质对黄铜棒表面的总对流给热系数平均为116wm2K,求：加热1.5小时
5、后铜棒的温度为多少？已知铜棒的平均导热系数为163wmK,比热为440JkgK,密度为8800kgm13 .空气以5ms的速度一内径为60mm的直管被加热，管长2.4m,己知空气平均温度9(C,管壁温度140,空气流经管道的摩擦系数可由/=堆计算，物性参数如下表所示。求：对流给热系数。14 .水以0.5kgs的流量流过一个内径为2.5cm、长为15m的管道，水的进口温度为I(TC,沿管长管壁温度保持均匀为99。求：水的出口温度。15 .空气横向流过直径为d=5mm的铝质导线，空气温度If=IoC,流速Iy=Ims,导线表面温度维持加=90,其电阻率为，=0.0286Cmm2mL求：(1)对流给
6、热系数(2)若要表面温度不变，允许通过的最大电流16 .利用空气自然冷却直径为3mm的水平导线，此时电线表面温度为八=90,远离导线的空气温度为30。求：对流给热系数。17 .“冰冻三尺，非一日之寒”。设地表初始温度为Zo=IOoC,后受到冷空气侵袭，地表温度降为15并维持不变，确定这种条件下，地面下Im处温度降为OC所需的时间。已知：地表土壤土质均匀，土壤物性参数分别为：p=2050kgm3,=0.52Wm-1K,Cp=1840Jkg,K,18 .初始温度为20C的热电偶突然放入300C的水中，30s后热电偶指示温度为260C。(1)求热电偶的时间常数；(2)经过多长时间热电偶的指示温度会达
7、到290C?(3)要使热电偶反应更加灵敏，热电偶的节点小球半径是变大还是变小？为什么？19 .速度为6m/s的空气流过酒精表面，已知酒精表面有层流变为湍流时的临界雷诺准数为3105,边界层内酒精一空气混合物的运动粘度为1.48x10-5n12s,酒精在空气中的扩散系数为1.26xlO-5m2s,考虑边界层前端有一定长度层流边界层，L长度上的平均对流传质系数Kfi=马也.664Rdz2+O.O365(Re-Rey).s*,忽略表面传质对边界层的影响，试计算边界层前沿LOm长以内的平均对流传质系数K9。20 .管道内径4=57mm,内壁温度面=150C,周围空气温度R=30C,外表与空气间对流给热
8、系数力2=105wm2K,管壁材料4=0.233wmK,当厚度分别为50mm、IOOmm时，求管道热损失，并计算管道临界直径；若将管壁材料更换为4=l4wmK的材料，其他条件不变，管道临界直径有何变化？21 .利用空气自然冷却直径为3mm的水平铝质导线(电阻率=0.0286Omm2m),此时电线表面温度为几=90C,远离导线的空气温度为30。(1)求对流给热系数；(2)若要表面温度保持90C不变，求允许通过的最大电流/max。已知夕AT,空气的物性参数：=-=,其它如下表V2T273+r空气E勺物性参数水平柱外绕流准数关系式中的。与Va适用范围(GrPr)Cn3016.001062.67310
9、222.9106层流IO8-IO41.181/86018.97x1052.89310227.2106过渡流104-1090.531/49022.10IO-63.12610231.9106湍流10910l20.131/322 .用热电偶测量钢水的温度。已知钢水的温度为1650,热电偶插入钢水前的温度为20。热电偶的接点可以看作是球形，直径J=Imm,密度p=7900kgm3,等压比热Q=420J(kgoC),导热系数/l=50W(mC)热电偶接点与钢水的对流换热系数=3(XX)/(0?)。己知“薄材”的无量纲温度计算公式为4=exp-一,求热电偶测得钢水温度为If.vJ1648C时所需的时间。0
10、.003图10-24无限长阙柱体无L23.有一半径为0.2m的钢坯，初始温度为Z(f20,将它置于炉温为，尸9(XrC的加热 炉中加热，如果将钢坯近似视为无限长 圆柱体，炉气与钢坯之间的对流换热系 数=180 W(m2C),钢坯的导热系数 A=36 W(moC)，热扩散系数1020 30 50 100图10-25无限长圆柱体无量纲温度m=f(Bitf)tz=0.69510-5m2So求将钢坯加热到800时所需要的时间。24 .200mm厚的钢板在=1250C的条件下双面对称加热，钢板的初始温度30,2=34.9Wm,0C,6=0.025m2h1,h=174.4W-m2。C-I。求表面温度八分别
11、为200C、400、600、800及IOO(TC时所需要的时间和对应的中心温度(200C时不成立，以下分别为0,238；0.48,476；0.76,714；1.37,952)25 .有两块同样材质的平板A和B,A的厚度是B的两倍，从同一高温加热炉中取出置于冷流体中淬火。流体与平板间的对流给热系数可视为无限大。已知B平板中心的过余温度下降到初始值的一半需要20min,问：A平板达到同样温度工况需要多少时间？26 .一块厚30Omm的钢质板坯，含碳量近似为0.5%,2=34.0WmC,初始温度为20,装入温度为i2ooc的加热炉中单面加热，不受热的一侧近似为绝热。已知板坯的热扩散系数a=5.5X1
12、0-6m2.sL加热过程中的平均给热系数290Wm-2JCL试确定板坯表面温度加热到低于炉温15时所需要的时间，以及此时板坯两表面间的温差。ll-6J2.7h27 .J=OJm的钢棒=3606WmCLCp=460.57JkgCLp=7800Wm/C)，在=8(XrC的恒温炉中加热，初始温度砧=30,已知综合热系数依11.05Wm2-0C-1o问：将钢棒加热到65(C需要多长时间？28 .直径IOCm,长IOCm的钢质圆柱体(A=51.45Wm-1*Cl,t=15.5106m2s-1)在初始温度为250的条件下浸没于油池中，油池中的油温保持为30,=2810W.mZ。CL求：2min后钢质圆柱体
13、的中心温度以及顶部和底部中心温度。60.9,43.61解：29 .边长IOCm的铝质立方体初始温度350,突然放入90C的水中，已知给热系数=1200Wm2-pC1),=203,5WmC),=9.1X1012sL问：Imin钟后的表面中心温度。夜二0.295,Fo=2.184,147.2C30 .一熔炼炉开炉4天，测得炉底某一点P的温度为350C,熔池内表面温度为1500C,炉底材料的平均导温系数=0.0025m2hL初始温度位25。求P点到熔池内表面的距离，并计算炉内表面下2m处多长时间才开始升温。0.8491m,IOOh31 .圆管内径50mm,管长6m,管内壁温度15。水灾管内流动，流量
14、6kgs,水的进口温度80,要将其冷却到出口温度为50C,问管长是否合适？32 .常压空气在J=20mm的管中自170C冷却到70C,壁温为20,计算空气流速为2ms时的对流换热量。33 .15的空气以IOmzS的流速流过一块平板的两侧，板长2m,板宽3m,板的温度不变，恒为100,求：平板的散热量。34 .恒温40C的空气以恒速IOm/s的流速横向流过直径为3mm,表面温度恒为80的通电导线，求导线的电功率。35 .面积为0.3mX0.3m,温度为65C的平板，竖放在15C的空气中，试计算平板一面的自然对流散热量。36 .直径为d=5cm,温度为70C的金属棒，水平放置在IOC的空气中，计算
15、初始散热量。37 .厚0.01Cm的薄铁皮，一面暴露在925C的渗碳气氛中，测得该面含碳1.2%,另一面含碳0.10%o碳的扩散系数O=2Xl（）fm2s0问：在稳定条件下，穿过该铁皮的碳的质量通量是多少？38 .干空气以5ms的速度吹过0.3mX0.3m的浅的盛水盘，在空气温度30、水温I（TC的条件下，己知水分子在空气中的扩散系数O=2.44xl0-5m2s间：水的蒸发速率（gs）是多少？（空气沿平板流动为层流时，Sh=0.664ReSc；空气沿平板流动为湍流时，Sa=O.0365ReeSd）；不同温度下的空气物性参数如下：温度，102030动量扩散系数值，10-6m%14.1615.06
16、16.00水面饱和水蒸气的密度，gm39.40417.3130.4039 .原始含炭量为0.10%碳的低碳钢工件在950温度下表面渗碳，这时碳在钢中的平均扩散系数为O=3.0xl0-Um2s,若在渗碳气氛中使表面碳浓度PW维持在1.5%。已知半无限厚平板分子扩散的浓度分布可表示为:p-pw/ X_O- = erf -.PO-PW (2Z)子求：经过5小时后距表面LOmm深度处的碳浓度。erf(0.50)=0.52050erf(0.56)=0.57162erf(0.62)=0.61941erf(0.68)=0.66378erf(0.74)=0.70468erf(0.52)=0.53790erf(0.58)=0.58792erf(0.64)=0.63459erf(0.70)=0.67780erf(0.76)=0.71754erf(0.54)=0.55494erf(0.60)=0.60386erf(0.66)=0.64938erf(0.72)=0.69143erf(0.78)=0.73001
