在湍流边界层区域，单位宽度平板的换热量 7、在速度?0?5m/s、温度为200C的空气流体，沿流动方向平行的放有一块长l?20cm。温度为600C的
平板。如用垂直流动方向放置的周长为20cm的圆柱代替平板，问此时的对流换热表面传热系数为平板的几倍（其他条件不变）（答案
hR?1.45） hP8.在锅炉的空气预热器中，空气横向掠过一组叉派管束，s1小截面的流速为6m/s，流体温度t1与管束间的平均表面传热系数。
（答案
?80mm,s2?50mm，外径d?40mm。空气在最
?1330C，流动方向上的排数大于20，管壁平均温度1650C。使确定空气
h?71043W/(m2?K)）
9.空气横向掠过一外径d?22mm,s1?44mm,s2?22mm,N?12排的叉排管束，空气的平均温度
tf?500C,umax?8m/s。试求对流换热表面传热系数。
（答案
h?110.5W/(m2?K)
010.一外径为110mm、内径为100mm康德蒸汽管道，外表面保温层的外径300mm，已知周围环境温度?10时其自然对流损失?L（答案
C?168W/m。求保温层外表面的温度（误差不大于10C）。
tw?430C）
011.一直径25mm、长1.2m的竖直圆管，表面温度60（1）15（2）150C，试比较把它置于下列两种环境中的自然对流散热量：
C,1.01325?105Pa压力下的空气； C,2.0265?105Pa压力下的空气；
0解：（1）tm?11(tw?tf)??(60?15)?37.5(0C) 22空气物性参数：
于是：Gr?Pr?gav?tH3?29.81?(16?15)?1.23?0.7??6.15?109?109 ?62(273?37.5)?(16.72?10)根据表4-11：Nu?0.1(Gr?Pr)1/3?0.1?(6.15?109)1/3?183.1
?t1?150C,p2?2p1?2.0265?105Pa，按理想气体性质有
（2）由于t21?2??1，?2??1
2所以
Gr2?4Gr1,，h2?4h1，?2?4?1
12.一方形截面的管道输送冷空气穿过一室温为28201313C的房间，管道外表面平均温度为120C，截面尺寸为
（0.3?0.3）m。试计算每米长管道上冷空气通过外表面的自然对流从房间内带走的热量。注意：冷面朝上相当于热面朝下，而冷面朝下相当于热面朝上。
解：定性尺寸：
对两侧面，L?0.3m
对上、下面，由于此题相当于假定一个方向的尺度为很长，根据表4-11的定义，
L?0.3?0.15(m) 2定性温度：
空气物性参数：
??2.59?10?2W/(m?K)，??15.06?10?6m2/s，Pr?0.703
于是侧面： 查表4-11：C?0,n?1 4h??LNu?0.0259?48.3?4.17[W/(m2?K)] 0.39.81?0.153?(28?12)上面：Gr?Pr??0.703?5.604?106 ?62(20?273)?(15.06?10)查表4-11，由于Gr?Pr下面：查表4-11得，c?5.604?106?8?106，所以c?0.58,n?1 5?0.58,n?1 40每米管道与空气的自然对流换热量为 13.在冬季，采暖房间的天花板表面温度13表面传热系数及散热量。
14.从大容器饱和沸腾换热曲线（见教材图4-30）可看出，在横热流加热的情况下，水沸腾时沸腾曲线回从C点跃到E点，从而常使设备烧毁。用水壶烧开水也可近似视为横热流加热，但为什么不必担心水烧开前壶会烧毁？ 15.大气压下的饱和水蒸汽在宽30cm、高1.2m的竖壁上凝结。若壁温为70（答案 每小时换热量Q0C，室内空气温度250C，天花板面积为(4?5)m2，求它的自然对流
C，求每小时的换热量及凝结水量。
?21.14?104kJ，凝结水量m?93.7kg）
16、一冷凝水器平管束由直径d?20mm的圆管组成，管壁温度tw?150C。压力为0.045?105Pa的饱和水
蒸汽在管外凝结。若管束在竖直方向上共有20排，叉排布置，求管束的平均对流表面传热系数。 （答案
h?3927W/(m2?K)）
第四章 辐射换热
1.平行放置的两块钢板，温度分别保持5000C和200C，发射率均为，钢板尺寸比两钢板之间的距离大的多。求二
板的辐射力、有效辐射、投入辐射以及它们之间的辐射换热量。
解：辐射力
有效辐射 由： 得J1??b1??1?5.67?(?b1??b21??1?11?1??1
?2500?2734)?1005.67?[(500?27342934)?()]100100?1?0.8?16939.8(W/m2)同理可得110.8??10.80.8J2?3722.3(W/m2)
投入辐射
两板间的辐射换热量 或
附：两板的净辐射换热量
板2净辐射换热量是负的，表明是吸收热量。 2.直径d?200mm的蒸汽管道，放在剖面为(400?500)mm2的砖砌沟中，管道表面的发射率?1?0.74，砖
?0.92，蒸汽管道的表面温度为1500C，沟壁的表面温度为50C求每米蒸汽管道的辐射换热
?544.6(W/m)）
0砌沟的发射率?2损失。（答案 ?L3.上题中，如果在蒸汽管道周围罩上铝箔（?（答案
?0.6），做成直径为280mm的遮热管，则辐射热损失将减少多少？
???48.8%） ?4.求下列情况下的角系数X1,2（见图4-72）：
（1） 等腰三角形深孔，300图4-72（a）
（2） 半球空腔曲面1对底面的图4-72（b）
（3） 边长为a的正方体盒的内表面1对直径为a的内切球面2， 图4-72（c）
（4） 二平行平面1，2， 图4-72（d）
（5） 二无限长方柱体， 图4-72（e）
（答案 (1)0.5(2)0.125(3)0C的底面1（长200mm）对2000C的腰侧面2（顶角250），
1的缺口2， 4?6(4)0.42(5)0.414）
5.保温（热水）瓶瓶胆是一夹层结构，且夹层表面涂水银，水银层的发射率?水，周围环境温度t2用导热系数??0.04。瓶内存放t1?1000C的开
?200C。设瓶胆内、外层的温度分别与水和周围环境温度大致相同，求瓶胆的散热量。如果
?0.04W/(m?K)的软木代替瓶胆夹层保温，问需要多厚的软木才能达到保温瓶原来的保温效果。
（答案 q?13.9W/m2，需要软木厚度??5m）
解：两金属料坯的角系数（料坯端部面积小于1%，可忽略不计），查图4-40，由
c/a?得 由于： 根据式（4-68）
0.051?1,b/a??20,得，X1',2?0.41 0.050.056上题中，如两块料坯互相靠紧得放在炉子底架上，其它条件不变，求马弗罩与金属间的辐射换热量，并与上题结果比较。
（答案 ??19270W，减少16.9%）
7.参见图4-76，用单层遮热罩抽气式热电偶测量一设备中的气流温度。以知内壁温度为90热罩表面的发射率为，气体对热结点及遮热罩的表面传热系数分别为40及25W0C，热电偶热结点与遮
/(m2?K)。当气流真实温度
t1?1800C时，热电偶的指示值为多少？
图4-76
（答案 t1?176.90C）
8、在一块厚金属板上钻了一直径为d?2cm的不穿透的小孔，空深H?4cm，锥顶角为900，如图4-77所示。
0设孔的表面发射率为，整个金属块处于500（答案 ?2,1C的温度下，试确定从孔口向外界辐射的能量。
?5.94W（其实，孔口A1的温度为0K，表面发射率为1）
9.对于如图4-78所示的结构，试计算下列情形下从小孔向外辐射的能量：
（1）所有内表面均是500K的黑体： （2）所有内表面均是?图4-78
（答案 (1)?1,2?0.6的灰体，温度均为500K。
?2.849W,(2)?1,2?2.639）
10.两个面积相同的黑体表面任意低置于同一绝热壳中。假定黑体的温度分别为T1和T2，试绘出该辐射换热系统的网络图，并导出绝热包壳表面温度T3的计算式。
44T?T12（答案 T3?42）
11.在图4-79所示的半球状壳体中，发射率?灰体，?1算：
?0.475的半球表面3处于辐射热平衡；底部圆盘的一半——表面1为
?0.35,T1?555K；圆盘的另一半——表面2为黑体，T2?333K。半球的半径R?0.3M。试计
（1）表面3的温度；
（2）表面1和2的净辐射换热量。
图4-79
解：据题意，由于壳体表面（表面3）处于热平衡，故表面3为重辐射面，即J34-80，并有
由于R1??b3。系统的网络图如图
??，1，2两面间的辐射换热量为
?Eb1?JJ1?J3J3?J2??r1R2R3
根据网络图有?1,2由于 所以 而 故T3?4J3??41911.2?428.5(K)
5.67?10?8第五章 换热器
1.水以0.8kg的流量在内径d被加热到400?2.5cm的管内流动，管子内表面温度为900C，进口处水的温度为200C。试水
C时所需的管长。（答案 l?1.96m）
工程热力学课后题答案
