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1、习题课,航空航天工程热物理研究所,例1,如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？如果要实验测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？,解：热面在下时可能引起夹层中间流体的自然对流，因此b图中有导热和对流换热(表面换热)，a图中只有导热；为避免对流的影响，实验测导热系数应选a图。,例2,热水瓶瓶胆剖面如图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低（约0.05）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封性，会影响保温效果吗？,抽气口,导热,辐射换热,第一类边界条件,解：抽成真空使导热和对流几乎都不会发生；壁面很低的
2、发射率大大削弱了内外壁面间的辐射换热；抽气口密封性破坏使气体进入夹层，保温性能下降。,例2,例3,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的热流密度为15W/m2。外表面温度为40C，内表面温度为30C。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。,解：,例4,一长、宽各为10mm的等温集成电路芯片，安装在一块底板上，温度为20C的空气在风扇作用下冷却芯片。芯片最高允许温度为85C，芯片与冷却气流间的平均表面传热系数为17515W/m2。试确定在不考虑辐射时芯片的最大允许功率是多少？芯片顶面高出底板的高度为1mm。,例4,有效换热面,例5,例4中，如果把芯片
3、及底板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20C，芯片的表面黑度为0.9，其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。,例6,有一台气体冷却器，气侧表面传热系数h1=95W/(m2K)，壁面厚2.5mm，导热系数为46.5W/(mK)，水侧表面传热系数h2=5800W/(m2K)。设传热壁可以看作平壁，试计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？,例6,解：,R1是主要的热阻，要强化这一传热过程首先应从强化气侧换热着手。,例7,如图所示的传热过程，已知：试计算单位面积所传递的热量。,例7,例8,外径为100mm的蒸汽管道，覆盖密度为
4、20kg/m3的超细玻璃棉毡保温。已知蒸汽管道外壁温度为400C，希望保温层外表面温度不超过50C，且每米长管道上散热量小于163W，试确定所需的保温层厚度。,解：由附录4得导热系数：,例8,例8,例9,一个储液氮的容器可近似地看成内径为300mm的圆球，球外包有厚30mm的多层结构的隔热材料。隔热材料沿半径方向的当量导热系数为1.8e-4W/(m.k)。球内液氮的温度为-195.6C，室温为25C，液氮的相变热为（汽化潜热）为199.6kJ/kg。试估算在上述条件下液氮每天的蒸发量。,(3-13),(3-15),例9,热阻,多层球壁,例9,例10,试比较附图所示的三种一维导热问题的热流量大小
5、：凸面锥台、圆柱、凹面锥台。比较的条件是d1、t1、t2及导热系数均相同。三种形状物体的直径与x轴的关系可统一表示为，其中a及n之值如下：,导热系数是温度得函数：以一维稳态导热为例：,分离变量积分得：,例10,例11,试计算通过一立方体墙角的热损失，已知每面墙厚300mm，导热系数为0.8W/(m.k)，内外壁温分别为400C及50C。如果三面墙的内壁温度t11，t12，t13各不相等，但均高于外壁温度，试提出一个估算热损失范围的方法。,形状因子,形状因子,例11,解：查表32有：,估算可以取三面墙内壁平均温度作为内侧有效温度,水以1.2m/s的流速流过内径为20mm的长直管。如果管子的壁温为
6、75，水从20加热到70；管子壁温为15，水从70冷却到20。试计算两种情况下的换热系数，并讨论造成差别的原因。解：根据题意，上述两种情况下流体的平均温度，即定性温度都为 由此查出流体物性,例12,（1）水被加热的情况（2）水被冷却的情况这表明水被加热时比水被冷却时换热系数大，这是因为水被加热时，近壁处水的粘度降低，对流加强。,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（可看成黑体）。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2 的光谱辐射力是多少？哪一种波长的辐射能最多?,例13,解：根据Plank定律，当 时,由Wien位移定律:,例14,解:油的流量,
7、平均传热温差,传热系数（公式(8-10),(8-14)）,所需传热面积,例15,两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与高度。试计算：（1）板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间的辐射换热量解：（1）板1的本身辐射,（2）对板1的投入辐射（公式(7-30),(7-32)）两板间的换热量由则（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间的辐射换热量,设有如图所示的几何体，半球表面是绝热的，底面被一直径（D=0.2m）分为1、2两部分。表面1为灰体，T1=550K，黑度0.35；表面2为黑体，T2=330K。试计算表面1的净辐射热损失及表面3的温度。解：,例16,例16,重辐射面,灰体表面,黑体表面,1个表面热阻,2个空间热阻,因为，表面1发出的辐射热通过绝热面3可以反射到表面2上,表面1的净辐射热损失：,由,
