发布时间 : 星期六 文章热工基础习题集-传热学部分更新完毕开始阅读be52b048fe4733687e21aa51
解：设炉壁面积为A，螺栓总面积A1? 螺栓热阻R1??4?0.019m??2?18m2?2?A?0.0051A
?1?1A?0.075m?0.0064m39W0.409m?KWA0.075m?m?K??0.0051A?2?
耐火砖热阻R2??2?2A2???2?A?A1?1.10W?m?K???A?0.0051A??1.649?10?42?0.0685m?KWA2
钢板热阻R3??3?3A30.0064m39Wm?KW?m?K???A?0.0051A?1A2
表面传热热阻R4? 总热阻
1hA?68W?m2?K??A?0.0147m?KWA
2??0.0685m2?KW1.649?10?4m2?KW??10.409m2?KW??11?0.0147m?KWRt?R4????????????AAAA?????R2?R3R1????1?0.0735m?KWA2
q??A??tRtA??900?300?K0.0735m?KW2?8433Wm
21-12 有一热导率??0.49W?m?K?、厚度??400mm的砖墙，其内侧表面温度为30℃，外
侧为温度为5℃的空气，外侧表面和内侧表面的传热系数分别为15W?m2?K?和7W?m2?K?。
室外侧同时受到太阳照射，功率为每平方米600W。设壁面对阳光只吸收80%，试求通过砖墙的热流密度q和室温tfi。
答：设壁墙内侧温度twi小于其外侧温度tw0
因是稳态导热，?i??0 即0.8GA?h0A?twi?tw0???2tw0?twi?2A
0.8?600Wm?A?15W?m?K??A??tw0?5??0.49W?m?K??tw0?30?0.4mA
解得tw0?36.47℃
q??tw0?twi?0.49W??m?K?136.47?300.4m?7.93Wm
22室内温度tfi?twi?qAhiA?30℃?7.93Wm17W?m2?K??28.87℃。
2-1 不同温度的等温面（线）不能相交，热流线能相交吗？热流线为什么与等温线垂直？
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答：热流线垂直于等温线，不同温度的等温线不能相交，热流线也不能相交。
如热流线不垂直等温线，则等温线上必有一热流分量。而等温线上无温差，q=0，只有热流线垂直于等温线才能使等温线上的分热流为零。
2-2 一无内热量平壁稳态导热时的温度场如图2-28所示。试说明它的热导率是随温度增加而增加，还是随温度增加而减少？
答：稳态无内热源时?不变，由傅里叶定律，????Adtdx，平壁A为常数，由图
dtdx从左向右
变大，这表明热导率?从左到右减小，而温度自左向右减小，故热导率?随温度t的增加而增加。
2-3 根据对热导率主要影响因素分析，试说明在选择和安装保温隔热材料时要注意哪些问题？
答：①选择热导率小的材料，最好其密度在最佳密度附近，使其具有最佳保温性能；②进行保温计算时必须考虑温度对保温材料热导率的影响；③保温材料保温性能受水分的影响，必须采取防水措施，外加保护层，如材料中已加憎水剂，不易含水分，不受水的影响，应首选该种材料；④为防止保温材料（或绝热材料）层结冰，要采取防冻措施，不让外界水分渗入，无法防止时，可适当加厚，以弥补结冰使材料性能下降；⑤采用各向异性材料时要注意导热方向对热导率的影响。
2-4 金属材料的热导率很大，而发泡金属为什么又能做保温隔热材料？
答：发泡材料的热导率是固体骨架和孔隙中气体导热，对流传热和辐射传热综合的当量热导率，发泡金属以金属为骨架，但其横截面尺寸很小，而孔隙中气体导热率较小，各孔隙中气体被封闭在各个小孔中，对流传热作用较小。多孔结构对辐射传热起着遮挡作用，使其大大削弱。由此，发泡金属的当量热导率较小，比密实金属要小得多，可以做保温材料。
2-5 冰箱长期使用后外壳上易结露，这表明其隔热材料性能下降。你知道其道理吗？（提示：冰箱隔热材料用氟里昂发泡，长期使用后氟利昂会逸出，代之以空气。）
答：冰箱隔热材料用氟里昂作发泡剂的聚氨酯泡沫塑料，其热导率要比一般保温材料小，这是由于孔中氟里昂气体热导率较低，使用时间较长，气孔中氟里昂逐步逸出，环境中的空气取而代之，由于空气的热导率是氟里昂的2~3倍，进入空气的隔热材料热导率大大提高，使其保冷性能下降。
2-6 冰箱冷冻室内结霜使冰箱耗电量增加，试分析这是什么原因？
答：冰箱中的制冷剂在冷冻室隔热材料内侧（见右图）蒸发管中蒸发，吸收冷冻室的热量，使冷冻室降低到指定的温度后，压缩机停止工作。冷冻室内结霜后，使蒸发管和冷冻室间增加一层热阻，而霜有颗粒状的水组成，中间夹杂着不流动的空气，使其当量热导率比密实的冰小得多，热阻较大，要使冷冻室达到指定温度必须增加压缩机工作时间，耗电量增加。
2-8 物体中的温度分布曲线与绝热边界的关系如何？
答：由傅里叶定律????Adt/dx，绝热边界?=0，而?和A不为零，所以dt/dx=0，即绝热边界温度变化率为零，温度分布曲线垂直于绝热边界。
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2-9 无内热源稳态导热的导热微分方程式（2-7）变成
?t?x22??t?y22??t?z22?0
式中没有热导率，所以有人认为无内热源稳态导热物体的温度分布与热导率无关。你同意这种看法吗？
答：不同意，因为热导率问题的完整数学描述包括导热微分方程和定解条件。无内热源稳态导热问题，虽然导热微分方程中不包含有热导率?，但第二类边界条件和第三类边界条件中都含有热导率，即边界条件为第二类或第三类的无内热源稳态导热与热导率?有关，只有第一类边界条件下无内热源稳态导热物体的温度分布才与热导率?无关，详见例题4-1，题中未给出定热导率?，其温度分布与?无关。
2-10 在多层壁导热中，当某一层有内热源时式（2-17）和式（2-21）仍能适用吗？为什么？ 答：不能用，因串联各环节?不相同，违背了式（2-17）和式（2-21）推导的条件。
2-11 说明圆筒壁一维稳态导热的温度分布曲线为什么随半径增加而变得平坦？试画出无内热源的单层圆筒壁在内壁面温度高于或低于外壁面温度时的温度分布曲线。 答：由傅里叶定律，????Adtdrdtdx，A?2?r，稳态且无内热源时??c（常数），r?，A?，
?，温度分布曲线变得平一些，由此得右图：twi?tw0时，得上凹的曲线；twi?tw0为上凸
的曲线。
2-12 等截面延伸体稳态导热和一维稳态导热有何区别？
答：一维稳态导热只有一个方向上有热流，而在其它方向无热流。等截面延伸体稳态导热不但沿高度方向上有导热，而且在垂直于高度方向上也有热流，所以一般研究Bi（?hl?s）很小且有一
定高度（低肋除外）的延伸体，这时热流主要沿高度方向上的热流密度不大。人们常称为准一维稳态导热，一维稳态导热时各个导热面上热流量?相等，而准一维稳态导热各个导热面上热流量不等，沿着导热方向逐渐减少。另外，等截面一维稳态导热（热导率?为常数且无内热源）沿导热方向温度分布为一直线，而等截面准一维稳态导热在同样的条件下沿导热方向温度分布为一曲线，沿导热方向曲线变得越来越平。
2-13 试用微元体热平衡法建立矩形直肋导热微分方程（2-27）。
答：由书中图2-18，在x?x处取微元体Adx，能量守恒方程?i??e，即?x??x?dx??c （a）
?x???Adtdx （b）
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?x?dx??x???x?xdx??x??A?x?x2dx （c）
?c?hUdx(t?t?) （d）
?x?x22（b）~（d）代入（a）化简得 ?A?hU(t?? （e） t)?0令??(t?t?)，
hU?A?m，式（e）变成
2???x22。 ?m??0，即得式（2-27b）
2
2-14 工程上采用加肋片来强化传热。何时一侧加肋？何时两侧同时加肋？
答：由例2-13可以得到启发，当传热壁一侧Bi<0.2时，该侧加肋。当传热壁两侧Bi都小于0.2时，则两侧都可加肋，加肋时还应遵循这样的原则，壁面两侧表面传热热阻应尽量相近，强化效果最佳。当壁面两侧Bi都小于0.2，但一侧表面传热热阻显著大于另一侧表面传热热阻时，在热阻大的一侧加肋效果较好。
2-15 用带温度套管的热电偶来测量低温（低于环境温度）流体温度时，测值比实际值偏高还是偏低？为什么？ 答：由?H??0ch(mHc)，?0?t0?t?，式中t?为被测流体温度，此刻它低于周围环境温度t?0，
测低温物体时，?0>0，即tH?t?，测值tH比流体温度t?偏高，这与侧高温流体（蒸汽、热水、热空气）温度正好相反。
2-16 当把测温套管由钢材改为紫铜后，材料导热性能变好，使热量由流体经套管传给温度计的热阻减少，测温误差应减少，但为什么实践证明适得其反呢？
答：测温套管导热主要延长度方向，而题中所述热流量很小，是次要方面。不锈钢改为紫铜后，?大大增加，套管轴向导热热阻大大减少，其端部温度tH与根部温度t0差别减少，即tH更接近
于t0，测温误差将增加。
2-17 从热阻角度分析，为什么在表面传热系数小的一侧加肋片效果较好？为什么用热导率大的材料做肋片？
答：h小的一侧热阻大，它在总热阻中起的作用大，减少这样的热阻使热流量增加的效果好，加肋片使表面热阻减少，用热导率大的材料做肋片，使肋片本身的附加热阻不大，不会因此而使总热阻增加。
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