传热学习题_建工版V

0-14 一大平板，高3m，宽2m，厚0.2m，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为tw1?150?C及tw1?285?C ，试求热流密度计热流量。 解：根据付立叶定律热流密度为：

?t?tw1??285?150?2q???gradt=-??w2??45??30375(w/m)???x?x0.2??1??2负号表示传热方向与x轴的方向相反。 通过整个导热面的热流量为：

??q?A??30375?(3?2)?182250(W)

0-15 空气在一根内经50mm，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m2.k)，热流密度q=5110w/ m2, 是确定管壁温度及热流量?。 解：热流量

??qA=q(?dl)=5110(3.14?0.05?2.5) =2005.675(W)

又根据牛顿冷却公式 ??hA?t=h?A(t管内壁温度为：

w?tf)?qA

tw?tf?q5110

?85??155(?C)h73

1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 解：

(1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下，

λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)，

λ铝＝237W/(m·K)，λ黄铜＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢

(2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为:

膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m·K)

=0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m·K);

矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m·K)

=0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m·K);

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由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0. 038W/(m·K)。由上可知金属是良好的导热材料，而其它三种是好的保温材料。

1-5厚度δ为0.1m的无限大平壁，其材料的导热系数λ＝100W/(m·K)，在给定的直角坐标系中，分别画出稳态导热时如下两种情形的温度分布并分析x方向温度梯度的分量和热流密度数值的正或负。 (1)t|x=0=400K, t|x=δ=600K; (2) t|x=δ=600K, t|x=0=400K; 解：根据付立叶定律 rv? ??tv?tv?tuq???gradt????i?j?k???x?y?z??t

?x无限大平壁在无内热源稳态导热时温度曲线为直线，并且

qx???t?tx?0 t?t1?tdt??2?x???xdxx2?x1??0qx???(1)

tx???tx?0? （a）

t|x=0=400K, t|x=δ=600K时

温度分布如图2-5(1)所示

根据式(a), 热流密度qx<0，说明x方向上的热流量流向x的反方向。可见计算值的方

向符合热流量由高温传向低温的方向

(2) t|x=δ=600K, t|x=0=400K;

温度分布如图2-5(2)所示

根据式(a), 热流密度qx>0，

说明x方向上的热流量流向x的正方向。

可见计算值的方向也符合热流量由高温传向低温的方向

1-6 一厚度为50mm的无限大平壁，其稳态温度分布为

图2-5(1)

，式中a=200 oC, b=-2000 ot=a+bx2（oC）

C/m。若平板导热系数为45w/(m.k),试求：（1）平壁两侧表面处的热流密度；（2）平壁中是否有内热

原？为什么？如果有内热源的话，它的强度应该是多大？ 解：方法一

由题意知这是一个一维（式可简化为：

（a） qvd2t??0dx2?因为t=a+bx，所以

2?t?t、稳态（?t?0）、常物性导热问题。导热微分方程?=0）

???y?z图2-5(2)

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dt?2bx （b） dxd2t （c）

?2bdx2（1）

根据式（b）和付立叶定律

qx???

dt???2bx dxqx-0?0，无热流量

qx=????2b?=-2?(-2000)?45?0.05=9000(w/m2)

将二阶导数代入式（a）

（2）

d2t3

qv?????2b???2?(?2000)?45=180000w/mdx2该导热体里存在内热源，其强度为解：方法二 因为

1.8?104w/m3。

? t=a+bx2，所以是一维稳态导热问题

dt?2bx （c） dx绝热 放热

根据付立叶定律

qx???（1）

dt???2bx dxqx-0?0，无热流量

qx=????2b?=-2?(-2000)?45?0.05=9000(w/m2)

x

（2）无限大平壁一维导热时，导热体仅在边界x=0，及x=处有热交换，由（1）的计算结果知导热体在单位时间内获取的热量为

?in=?qx=0?qx=???Aarea??0-(-2b??)?Aarea?in=2b??Aarea?0 (d)

负值表示导热体通过边界散发热量。如果是稳态导热，必须有一个内热源来平衡这部分热量来保证导热体的温度不随时间变化即实现稳态导热。 内热源强度:

qv??v?2b??Aarea??in??????2b??VvolumeVvolumeAarea??编辑版word

qv??2?(?2000)?45=180000w/m3

2-9 某教室的墙壁是一层厚度为240mm的砖层和一层厚度为20mm的灰泥构成。现在拟安装空调设备，并在内表面加一层硬泡沫塑料，使导入室内的热量比原来减少80%。已知砖的导热系数λ＝0.7W/(m·K)，灰泥的λ＝0.58W/(m·K)，硬泡沫塑料的λ＝0.06W/(m·K)，试求加贴硬泡沫塑料层的厚度。

解: 未贴硬泡沫塑料时的热流密度:

q1?Δt1R?1?R?2…………(1)

加硬泡沫塑料后热流密度:

tw1 ?

tw2

R?2

q2?

R?1Δt1……… (2)

?R?12?R?2R?1

又由题意得,

(1?80%)q1?(3) Rq2 …… R

?1tw1

?

tw2

?2

R?3

墙壁内外表面温差不变

Δt1?Δt2，将(1)、(2)代入（3）,

Rλ1+Rλ220%?Rλ1+Rλ2+Rλ3)

?1?20.240.02???1?20.70.5820%???3 ?1?2?30.240.02?????1?2?30.70.580.06

?3=0.09056m=90.56mm

加贴硬泡沫塑料的厚度为90.56mm.

2-19 一外径为100mm，内径为85mm的蒸汽管道，管材的导热系数为λ＝40W/(m·K)，其内表面温度为180℃，若采用λ＝0.053W/(m·K)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=52.3 W/m。问保温材料层厚度应为多少？

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解：根据给出的几何尺寸得到 :

管内径d1=85mm=0.085m, 管外径,d2=0.1m, 管保温层外径d3

?d2?2??0.1?2?

tw1?tw3ql??52.3

1d21d3?ln?ln2πλ1d12πλ2d2

tw3=40℃时，保温层厚度最小，此时，

180?40?52.3

10.11(0.1?2?)?ln?ln2π?400.0852π?0.0530.1解得，

??0.072m

所以保温材料的厚度为72mm.

2-24. 一铝制等截面直肋，肋高为25mm，肋厚为3mm，铝材的导热系数为λ＝140W/(m·K)，周围空气与肋表面的表面传热系数为h＝75w/(m2gk)。已知肋基温度为80℃和空气温度为30℃，假定

肋端的散热可以忽略不计，试计算肋片内的温度分布和每片肋片的散热量。 解一 肋端的散热可以忽略不计，可用教材式（2-35）、（2-36）、(2-37)求解。

m?hU?λAL75?（L?0.003）?2?18.9m-1

140?0.003?L

(1) 肋片内的温度分布

θ?θ0ch[m(l?x)]

ch(ml)

ch[18.9?(0.025?x)]?(80?30)ch(18.9?0.025)θ?温度分布为

(2)

44.96?ch[0.4725?18.9x)]

肋片的散热量

??hU?AL θ0th(ml)

??75?(L?0.003)?2?140?L?0.003 θ0th(ml)

?B75?2?140?0.003 L(80?30)th(18.9?0.025)

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