两侧温度为1?300??C和30??C，试确定保温层应有的厚度。 （10分）
解：由多层壁导热公式：
q??t?1?2??1?2
??t?1??1300?300.02??????2?????0.35?0.2375m 可得 ?2??1.3??1830?q?1?结论：保温层最小厚度为237.5 mm。
14、一直径为50mm的钢球具有均匀温度450℃，突然放入恒温30℃的空气中冷却。已知钢球
表面与环境的表面传热系数h =24W/（m2 ·K），钢球的热容量（密度和比热的乘积）ρc = 3721 kJ/（m3·K），导热系数λ=35W/（m·K），试问10 min后钢球的温度。 （15分）
50?10?324?hR2Bi???0.017＜0.1 可用集总参数法 解：
?35??e?0?hA??cV?e?h?6??cd?e?24?63721?10?50?103?3?10?60?0.6285
t?tf???0.6285 ?0t0?tft?0.6285(t0?tf)?tf?0.6285(450?30)?30?293.97℃
15、直径50 mm的铜球，其导热系数λ=85W/ (m·℃)，热扩散率a=2.95×10-5m2/s,初始时温度为300℃，现把铜球置于36℃的大气中，铜球表面对流换热系数为30 W/(m2·℃)，试用集总参数法计算铜球温度达到90℃时所需的时间。 （15分）
?52已知：d?50mm；??85W/(m?℃)；a?2.95?10m/s；t0?300℃；
tf?36℃；h?30W/(m2?℃)； t?90℃
求：铜球达到90℃时所需的时间
30?0.025??0.0088 解：?Bi??85 Bi＜0.1 可以用集总参数法
hRhA?exp(??)
t0?tf?cV???
t?tf?cVhAlnt?tft0?tf???VahAlnt?tft0?tf43 85??R90?363??ln?1270s?21.17min?522.95?10?30?4?R300?36
16、将初始温度为80℃的紫铜棒（直径为0.08 m、长0.2m）突然置于20℃的气流中，5分钟后紫铜棒的表面温度降到34℃。已知紫铜的密度为8954 kg/m3，比热容为383.1 J/(kg·℃)，导热系数λ=386W/ (m·℃)。试求紫铜棒表面的对流换热系数。 （15分）
已知：d?0.08m；l?0.2m；t0?80℃；tf?20℃；??5?60?300s；t?34℃；
3；c?383.1J/(kg?℃)；??386W/(m?℃) ??8954kg/m 求：对流换热系数h
解：设本题满足集总参数法使用条件，由集总参数法公式，有
t?tf?cVh??lnA?t0?tf
V?R2l0.04?0.21??? m A2?Rl?2?R22?0.2?2?0.04608954?383.1? h??5?60160ln34?20?277.3355W/(m2?℃)
80?20 校核Bi：
277.3355?0.04Bi???0.0287?0.1
?386hR
可以用集总参数法，上述计算有效。
17、如图所示，三个无限大的平行平板，平板1的温度为1200 K，平板3的温度为600 K，且ε1
=0.2，ε2=0.5，ε3 =0.8，求平板2 的温度，并画出热路图、标出热阻（平板2 的导热热阻不计）。 （15分）
解：对平行板，A1＝A2＝A，X1，2=X2，1，故可由辐射换热的基本公式
?E?E1、2?b1b2Eb1?Eb2
1???1??1?1??21??1?1?1??1?1A1A1X1、2?2A2?1A1A1A2????1?2??1 2 3
5.67A???T41??T2?4?导得
????????1、2???100??100???
1??1?11?23个平行平板的辐射换热热路为串联热路，1、2 板和2、3板之间的热流密度相等，由于板面积相等，所以辐射换热量相等。即
??T45.67A??1?4???T2????T2?4????T43?????1,2????100???100????5.67A??????100??100???1?? ??1??11?12,3?11?2?2?3???11???T44441????????T2?100???1??????1?1????T2??T3??2??1??????3??100??????1?2???????????100??100??? ? ??1?1?1???????2???2.25 3??1???1?1??1?2???6
代入求解，得
T2?901.26K
热路图如下（各热阻已标出）：
18、 用热电偶温度计测得炉膛内烟气的温度为800℃，炉墙温度为600℃。若热电偶表面与烟气的对流换热系数h=50W/(m2·℃)，热电偶表面的发射率为0.8，试求烟气的真实温度。 （15分）
已知：t1 = 800℃，tw = 600℃, h=50 W/（m2.℃），ε1= 0.8 求：t f = ？
解：本题可由热平衡法求解。 热辐射： ∵ A1< ?2?hA1(Tf?T1) ?1??2 ?1?b(T14?Tw4)?1748.6K?1475.6℃ 为减少测量误差，可利用以下措施： ① 减少?1（采用磨光热电偶表面的方法，但往往由于生锈和污染而降低效果）； ② 提高接点处的h值（可采用抽气装置来加大流速）； ③ 管外敷以绝热层，使Tw↑； ④ 加设遮热罩（遮热罩两端是空的，使废气能与接点接触）。 19、冬季室内空气温度tf1=20℃，室外大气温度tf2 =―10℃，室内空气与壁面的对流换热系 数h1=8W/(m·℃)，室外壁面与大气的对流换热系数h2=20W/(m·℃)，已知室内空气的结露温度td=14℃，若墙壁由λ=0.6W/(m·℃) 的红砖砌成，为了防止墙壁内表面结露，该墙的厚度至少应为多少？ （10分） 22 解：传热问题热阻网络： tf1?tf2tf1?tf2q??1?1 （1） RC1?R??RC2热流密度 ??h1?h2若墙壁内壁面温度t=td=14℃时会结露，由于串联热路中q处处相等，所以 tw1?tf2tw1?tf2q???1 （2） R??RC2 ??h2（1）、（2）联立求解，可求得墙的厚度δ=0.27m。 20、在一换热器中，热流体的进出口温度分别为300℃和200℃，冷流体的进出口温度分别为 40℃和150℃，流动方式为逆流，换热器的散热面积为30 m2，传热系数k为100 W/（m2·℃），求换热器的传热量。 （10分） 解：逆流时的对数平均温差为 ?tmax??tmin(300?150)?(200?40)?tm???154.95℃ ?tmax150lnln160?tmin换热器的传热量 Q?kA?tm?100?30?154.95?464.84kW
热工基础期末考试题库含答案详解 - 图文
