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你可能喜欢第1章 绪论
1-1 一大平板，高3m、宽2m、厚 0.02m，导热系数为45 W/(m?K)，两侧表面温度分别为t1 = 100℃、t2 = 50℃，试求该平板的热阻、热流量、热流密度。 1-2 一间地下室的混凝土地面的长和宽分别为11m和8m，厚为0.2m。在冬季，上下表面的标称温度分别为17℃和10℃。如果混凝土的热导率为1.4 W/(m?K)，通过地面的热损失率是多少？如果采用效率为ηf = 0.90的燃气炉对地下室供暖，且天然气的价格为Cg = $0.01/MJ，每天由热损失造成的费用是多少？ 1-3 空气在一根内径50mm，长2.5m的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为80℃，管内对流传热的表面传热系数为h = 70W/(m2?K)，热流密度为q = 5000W/m2，试求管壁温度及热流量。 1-4 受迫流动的空气流过室内加热设备的一个对流换热器，产生的表面传热系数h = 1135.59 W/(m2?K)，换热器表面温度可认为是常数，为65.6℃，空气温度为18.3℃。若要求的加热功率为8790W，试求所需换热器的换热面积。 1-5 一电炉丝，温度为847℃，长1.5m，直径为2mm，表面发射率为0.95。试计算电炉丝的辐射功率。 1-6 夏天，停放的汽车其表面的温度通常平均达40～50℃。设为45℃，表面发射率为0.90，求车子顶面单位面积发射的辐射功率。 1-7 某锅炉炉墙，内层是厚7.5cm、λ = 1.10W/(m?K)的耐火砖，外层是厚0.64cm、λ = 39W/(m?K)的钢板，且在每平方米的炉墙表面上有18只直径为1.9cm的螺栓[λ = 39W/(m?K)]。假定炉墙内、外表面温度均匀，内表面温度为920K，炉外是300K的空气，炉墙外表面的表面传热系数为68 W/(m2 ?K)，求炉墙的总热阻和热流密度。 1-8 有一厚度为δ = 400mm的房屋外墙，热导率为λ = 0.5W/(m?K)。冬季室内空气温度为t1 = 20℃，2和墙内壁面之间对流传热的表面传热系数为h1 = 4 W/(m ?K)。室外空气温度为t2 = －10℃，和外墙之间对流传热的表面传热系数为h2 = 6W/(m2 ?K)。如果不考虑热辐射，试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内、外壁面温度。 1-9 一双层玻璃窗，宽1.1m、高1.2m、厚3mm，导热系数为1.05W/(m ?K)；中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为2.60×10-2 W/(m ?K)。室内空气温度为25℃，表面传热系数为20 W/(m2 ?K)；室外温度为－10℃，表面传热系数为15 W/(m2 ?K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。
第2章 导热基本定律及稳态热传导
一直径为do，单位体积内热源的生成热Φ的实心长圆柱体，向温度为t∞的流体散热，表面传热系数为ho，试列出圆柱体中稳态温度场的微分方程式及定解条件。 2-2
金属实心长棒通电加热，单位长度的热功率等于Φl（单位是W/m），材料的导热系数λ，表面发射率ε、周围气体温度为tf，辐射环境温度为Tsur，表面传热系数h均已知，棒的初始温度为t0。试给出此导热问题的数学描述。 2-3
试用傅里叶定律直接积分的方法，求平壁、长圆筒壁及球壁稳态导热下的热流量表达式及各壁内的温度分布。
某房间的砖墙高3m、宽4m、厚0.25m，墙内、外表面温度为15℃和-5℃，已知砖的导热系数λ = 0.7W/(m?K)，试求通过砖墙的散热量？ 2-5
一炉壁由耐火砖和低碳钢板组成，砖的厚度?1 = 7.5cm，导热系数?1 = 1.1W/(m?℃)，钢板的厚度?2 = 6.4cm，导热系数?2 = 39W/(m?℃)。砖的内表面温度tw1 = 647℃，钢板的外表面温度tw2 = 137℃。（1）试求每平方米炉壁通过的热流量；（2）若每平方米壁面有18个直径为1.9cm的钢螺栓（? = 39W/(m?℃)）穿过，试求这时热流量增加的百分率。 2-6
平壁表面温度tw1 = 450℃，采用石棉作为保温层材料，λ = 0.094 + 0.000125t，保温层外表面温度为tw2 = 50℃，若要求热损失不超过340W/m2，问保温层的厚度应为多少？
在如图2-32所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度δ远小于直径d。由于安装制造不好，试件与冷、热表面之间存在着一厚度为Δ=0.1mm 的空气隙。设热表面温度t1 = 180 ℃ ，冷表面温度t2 = 30℃ ，空气隙的导热系数可分别按t1、t2查取。试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。通过空气隙的辐射传热可以忽略不计。（Φ = 58.2W，d = 120mm )
一铝板将热水和冷水隔开，铝板两侧面的温度分别维持 90℃和 70℃不变，板厚 10mm，并可认为是无限大平壁。0℃时铝板的导热系数λ = 35.5 W/(m?K)，100℃时λ = 34.3 W/(m?K)，并假定在此温度范围内导热系数是温度的线性函数。试计算热流密度，板两侧的温度为50℃和30℃时，热流密度是否有变化？ 2-9
厚度为20mm的平面墙的导热系数为1.3 W/(m?K)。为使通过该墙的2热流密度q不超过 1830W/m，在外侧敷一层导热系数为0.25 W/(m?K)的保温图2-32 习题2-7附图 材料。当复合壁的内、外壁温度分别为1300℃和50℃时，试确定保温层的厚度。 2-10、某大平壁厚为25mm，面积为0.1m2，一侧面温度保持38℃，另一侧面保持94℃。通过材料的热流量为1 kW时，材料中心面的温度为60℃。试求出材料的导热系数随温度变化的线性函数关系式？ 2-11
参看图2-33，一钢筋混凝土空斗墙，钢筋混凝土的导热系数λ =1.53W/(m?K)，空气层的当量导热系数λ = 0.742W/(m?K)。试求该空斗墙的单位面积的导热热阻。
图2-33 习题2-11附图
蒸汽管道的内、外直径分别为160mm和170mm，管壁导热系数? = 58W/(m?K)，管外覆盖两层保温材料：第一层厚度?2 = 30mm、导热系数?2 = 0.093W/(m?K)；第二层?3 = 40mm、导热系数?3 = 0.17W/(m?K)。蒸汽管的内表面温度tw1 = 300℃，保温层外表面温度tw4 = 50℃。试求(1)各层热阻，并比较其大小；(2)单位长蒸汽管的热损失；(3)各层之间的接触面温度tw2和tw3。 2-13
一外径为100mm，内径为85mm的蒸汽管道，管材的导热系数? = 40W/(m?K)，其内表面温度为180℃，若采用? = 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 =52.3W/m。问保温材料层厚度应为多少？ 2-14
一根直径为3mm 的铜导线，每米长的电阻为2.22×10-3Ω。导线外包有厚 1mm 、导热系数0.15W/(m?K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃，最低温度0℃，试确定这种条件下导线中允许通过的最大电流。 2-15
用球壁导热仪测定型砂的导热系数。两同心空心球壳直径分别为d1 = 75mm，d2 = 150mm，两球壳间紧实地充填了型砂。稳态时，测得内、外表面温度分别为t1 = 52.8℃，t2 = 47.3℃，加热的电流 I = 0.124A，电压 U = 15V，求型砂的导热系数。 2-16
测定储气罐空气温度的水银温度计测温套管用钢制成，厚度? = 15mm，长度l = 20mm，钢的导热系数? = 48.5W/(m?K)，温度计示出套管端部的温度为84℃，套管的另一端与储气罐连接处的温度为40℃。 2 已知套管和罐中空气之间的表面传热系数h = 20W/(m2?K)，试求由于套管导热所引起的测温误差。 2-17
同上题，若改用不锈钢套管，厚度? = 0.8mm，长度l = 160mm，套管与储气罐连接处予以保温使其温度为60℃，试求测温误差为多少？ 2-18
截面为矩形的冷空气通道，外形尺寸为3×2.2m2，通道墙厚度均为0.3m，已知墙体的导热系数? = 0.56W/(m?K)，内、外墙表面温度均匀，分别为0℃和30℃，试求每米长冷空气通道的冷量损失。 2-19
直径为30mm、长为100mm的钢杆，导热系数λ = 49W/(m?K)，将其置于恒温的流体中，流体温度tf = 20℃，杆的一端保持恒定的200℃（流体与此端面不接触），流体对杆的表面传热系数为20 W/(m2?K)，试计算离端头50mm处的温度。 2-20
过热蒸汽在外径为 127mm 的钢管内流过，测蒸汽温度套管的布置如图2-34所示。已知套管外径d = 15mm ，厚度δ = 0.9mm ，导图2-34习题2-20附图 热系数λ = 49.1W/(m?K)。蒸汽与套管间的表面传热系数 h = 105 W/(m2?K)。为使测温误差小于蒸汽与钢管壁温度差的 0.6%，试确定套管应有的长度。 2-21
用一柱体模拟燃汽轮机叶片的散热过程。柱长9cm、周界为7.6cm、截面为 1.95cm2，柱体的一端被冷却到305℃（见图2-35）。815℃ 的高温燃气吹过该柱体，假设表面上各处的表面传热系数是均匀为28 W/(m2?K)，柱体导热系数λ = 55 W/(m?K)，肋端绝热。试求：
（1）计算该柱体中间截面上的平均温度及柱体中的最高温度； （2）冷却介质所带走的热量。 2-22
两块厚5mm的铝板，粗糙度都是2.54μm，用螺栓连接，接触压力为2MPa，通过两块铝板的总温差为80℃。已知铝的导热系数为180W/(m?K)，试计算接触面上的温度差。
图2-35 习题2-21附图 第3章 非稳态热传导
一热电偶的热结点直径为0.15mm，材料的比热容为420J/(kg?K)，密度为8400kg/m3，热电偶与流体之间的表面传热系数分别为58W/(m2?K)和126W/(m2?K)，计算热电偶在这两种情形的时间常数。 3-2
热电偶的热结点近似认为是直径为0.5mm的球形，热电偶材料的? = 8930kg/m3，c = 400J/(kg?K)。热电偶的初始温度为25℃，突然将其放入120℃的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数h = 95W/(m2?K)，试求热电偶的过余温度达到初始过余温度的1%时所需的时间为多少？这时热电偶的指示温度为多少？ 3-3
将初始温度为80℃，直径为20mm的紫铜棒，突然横置于气温为20℃，流速为12m/s的风道中，5min3后紫铜棒表面温度降为34℃。已知紫铜的密度? = 8954kg/m，c = 383.1J/kg?K，? =386W/(m?K)，试求紫铜棒与气体之间的表面传热系数。 3-4
有两块同样材料的平壁A和B，已知A的厚度为B的两倍，两平壁从同一高温炉中取出置于冷流体中淬火，流体与平壁表面的表面传热系数近似认为是无限大。已知B平壁中心点的过余温度下降到初始过余温度的一半需要12min，问平壁A达到同样的温度需要多少时间？ 3-5
内热阻相对于外热阻很小（Bi < 0.1）的物体被温度为tf的常温介质所冷却。物体的初始温度为ti，表面传热系数不知道，只知道?1时刻物体的温度为t1。试求该物体温度随时间的变化关系。 3-6
一厚度为0.2m的钢板受到常热流密度q = 10kW/m2的热流加热，如钢板初始温度为20℃，已知钢材导热系数? = 48.5W/(m?K)，a = 12.7×10-6m2/s，试问4min后钢板表面温度为多少？距表面0.1m处温度为多少？ 3-7
一长水泥杆，初始温度为7℃，直径为250mm，空气与水泥杆之间的表面传热系数为10 W/(m2?K)， 3 水泥杆的导热系数? = 1.4W/(m?K)，a = 7×10-7m2/s。当周围空气温度突然下降到-4℃时，试问8小时后杆中心的温度为多少？ 3-8
一块360mm×240mm×100mm的肉，初始温度为30℃，将其放入-5℃冰箱中冷藏，冰箱中的相当表面2传热系数h = 25W/(m?K)，若已知肉的? = 0.55W/(m?K)，a = 1.28×10-7m2/s，问肉中心的温度达到5℃需要多少时间？ 3-9
一直径为150mm的混凝土圆柱，长为300mm，初始温度25℃，已知混凝土的? = 1.37W/(m?K)，a = -7227×10m/s， 若把圆柱放在0℃的大气环境中冷却，圆柱表面的表面传热系数h = 15W/(m?K)，试计算中心温度冷却到5℃需要多少时间。 3-10
一初始温度为25℃的正方形人造木块被置于425℃的环境中，设木块的6个表面均可受到加热，表面传热系数 h = 6.5 W/(m2?K)，经过4小时50分24秒后，木块局部地区开始着火。试推算此种材料的着火温度。已知木块的边长0.1m，材料是各向同性的，λ = 0.65W/(m?K)，ρ = 810kg /m3，c = 2550J/(kg?K)。
稳态热传导问题的数值解法
试证绝热边界面上节点(i, j)的温度离散方程为 ti,j?ti,j?1?2ti?1,j?4ti,j?0 4-2
试证对流传热边界条件，即已知h和tf时，两壁面垂直相交外拐角点的离散方程为 h?x?h?x?(ti?1,j?ti,j?1)?2?1??2tf?0 ?????i,j4-3
一尺寸为240×400 mm2的薄矩形板，已知各边界表面的条件为：左侧边界面为绝热；右侧边界面为第三类边界条件：h = 40W/(m2?K)，tf = 25℃；上侧面边界为第一类边界条件，已知温度为200℃；下侧面边界为第二类边界条件，已知热流密度q = 1500 W/m2。已知薄板材料的导热系数? = 45W/(m?K)，按?x = ?y = 80mm的步长划分网格，试计算该薄矩形板中的稳态温度分布。 4-4 如图4-7所示的二维物体的导热系数为10W/(m?K)，上表面温度为500℃，左表面温度为100℃，右表面和下表面与气体接触，tf = 100℃，h = 10W/(m2?K)，试求节点1至9的温度。 4-5 烟道墙采用导热系数? = 1.2W/(m?K)的材料砌成，如图4-8所示。墙内、外壁面温度分别为650℃、150℃，试用差分法计算墙体的温度分布。
图4-7 习题4-4附图 图4-8 习题4-5附图 第5章
5-1 温度为50℃，压力为1.0Pa的空气，平行掠过一块表面温度为100℃的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为0.2m，宽度为0.1m。按平板长度计算的Re数为4×104。试确定平板表面与空气间的表面传热系数和传热量。 5-2 压力为1.0Pa、温度为30℃的空气以45m/s的速度掠过长为0.6m、壁温为250℃的平板， 4 试计算单位宽度的平板传给空气的总热量。 5-3 温度为27℃的空气流过长1m的平板，风速为10m/s，画出局部表面传热系数沿板长的变化曲线，并求出全板的平均表面传热系数。 5-4 压力为大气压的20℃的空气，纵向流过一块长320mm、温度为40℃的平板，流速为10m/s。求离平板前缘50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、320mm处的流动边界层和热边界层的厚度。 5-5 题4中如平板的宽度为1m，求平板与空气的换热量。 5-6 对于流体外掠平板的流动，试利用数量级分析的方法，从动量方程引出边界层厚度的如下变化关系式：?x?1Rex。 5-7 对于油、空气及液态金属，分别有Pr?1、Pr?1、Pr?1。试就外掠等温平板的层流边界层流动，画出三种流体边界层中速度分布与温度分布的大致图像（要能显示出δ与δt的相对大小）。 5-8. 温度为80℃的平板置于来流温度为20℃的气流中，假设平板表面上某点在垂直于壁面方向的温度梯度为40℃/mm，试确定该处的热流密度。 5-9 取外掠平板边界层的流动由层流转变为湍流的临界雷诺数（Rec）为5×105，试计算25℃的空气、水及14号润滑油达到Rec数时所需的平板长度，取u∞ = 1m/s。 5-10 试通过对外掠平板的边界层动量方程式 ?u?u?2u u?v??2?x?y?y沿y方向作积分（从y = 0到y ≥ δ）（如图5-9所示），导出下列边界层的动量积分方程。提示：在边界层外边界上vδ ≠0。 ???u?d?u(u?u)dy????? ?0dx??y?y?0图5-9
习题10附图 5-11 在一摩托车引擎的壳体上有一条高2cm、长12cm的散热片（长度方向系与车身平行）。散热片的表面温度为150℃。如果车子在20℃的环境中逆风前进，车速为30km/h，而风速为2m/s，试计算此时肋片的散热量（车速与风速平行）。
第6章 单相对流传热的实验关联式
6-1 试用量纲分析方法证明，恒壁温情况下导出的Nu = f (Gr, Re)的关系式对于恒热流边界条件也是合适的，只是此时Gr数应定义为Gr??g?Vql4(?2?)。 6-2 对于常物性流体横向掠过管束时的对流传热，当流动方向上的排数大于10时，实验发现，管束的平均表面传热系数h取决于下列因素：流体速度u、流体物性ρ、cp、η、λ，几何参数d、s1、s2。试用量纲分析方法证明，此时的对流传热关系式可以整理成为 Nu = f (Re, Pr, s1/d, s2/d) 6-3 对于空气横掠如图6-17所示的正方形截面柱体的情形，有人通过试验测得了下列数据：u1 = 15m/s，h = 40W/(m2?K)，u2 =20m/s，h = 50W/(m2?K)，其中h为平均表面传热系数。对于形状相似但l = 1m的柱体，试确定当空气流速为15m/s及20m/s时的平均表面传热系数。设在所讨论的情况下空气的对流传热准则方程具 5 图6-17
习题3附图（l = 0.5m）传热学答案_百度文库
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传热学答案
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传热学第四版课后习题答案(杨世铭)概要1.doc 257页
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传热学第四版课后习题答案(杨世铭)概要1
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试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能
量的转移还伴有能量形式的转换。
以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：，其中，－热流密度；－导热系数；－沿x方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：，其中，－热流密度；－表面传热系数；－固体表面温度；－流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；－辐射物体的热力学温度。
导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？
答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。
答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。
用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。
答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。
什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。
答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。
8.有两个外形相同的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外表面就可以感觉到热，而B杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？
　　答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。
能量平衡分析
1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20℃。他希望晚上回到房间时的温度能够低一些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m、3m、2.5m。如果该大学生10h以后回来，试估算房间的平均温度是多少？
解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为全部被房间的空气吸收而升温，空气在20℃时的比热为：1.005KJ/Kg.K,密度为1.205Kg/m3,所以
　　　当他回来时房间的温度近似为32℃。
1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积，进入吹风器的空气压力，温度℃。要求吹风器出口的空气温度℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W。
1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟。冷水通过电热器从15℃被加热到43℃。试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38℃）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。如果该换热器能将冷水加热到27℃，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min可以节省多少能源？
解：电热器的加热功率：
15分钟可节省的能量：
1-4对于附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？如果要通过实
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