华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering工程传热学作业2009/9/151华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering第一章1-3一大平板，高2.5 m ，宽2 m ，厚0.03m ，导热系数为45 W/(m ⋅K)，两侧表面温度分别为t 1= 100 ℃，t 2= 80 ℃，试求该板的热阻、热流量热流密度2009/9/152热流量、热流密度。
解：W K A R /103.14525.203.04-⨯=⨯⨯==λδKW tA15003.08010025.245=-⨯⨯⨯=∆=Φδλ23/3025.210150m KW A q =⨯⨯=Φ=华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering1-6 一单层玻璃窗，高1.2m ，宽1.5 m ，玻璃厚0.3 mm ，玻璃导热系数为λ= 1.05 W/(m ⋅K)，室内外的空气温度分别为20 ℃和5 ℃，室内外空气与玻璃窗之间对流换热的表面传热系数分别为h = 5.5 W/(m 2⋅K) 和h = 202009/9/153别1()2W/(m 2⋅K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。
解：22121/632015.0003.05.5152011m W h h t t q f f =++-=++-=λδ华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & EngineeringWq A Q 5.113=⨯=W K A R /103.35.05.12.1003.03-⨯=⨯⨯==λδW K Ah /101.05.55.12.1111=⨯⨯=2009/9/154W K Ah /108.27205.12.11132-⨯=⨯⨯=华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering1-9 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？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？解2009/9/155解：华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering1-16 附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。
其余已知条件如图。
表面2是厚δ=0.1 m 的平板的一侧面，其另一侧表面3被高温流体加热，平板的平均导热系数λ= 2009/9/156流，板17.5 W/(m ⋅K)，试问在稳态工况下表面3的t w 3温度为多少？解：若处于稳定工况，则)()(324241w w w w t t A t t A -=-=Φδλσε华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & EngineeringKt t t t w w w w 5.2845.17)285300(1067.51.00.1285)(448424123=-⨯⨯⨯⨯-=--=-λεδσ2009/9/157华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering1-19一厚度为0.4 m ，导热系数为1.6 W/m ⋅K的平面墙壁，其一侧维持100℃的温度，另一侧和温度为10℃的流体进行对流换热，表面传热系数为10 W/(m 2⋅K)，求通过墙壁的热流密度。
2009/9/158密度解：221/1.2571016.14.0101001m W h t t q =+-=+-=λδ华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering第二章2-2 在如图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t =180℃，2009/9/1591冷表面温度t 2=30℃，空气隙的导热系数可分别按t 1、t 2查取。
试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。
通过空气隙的辐射换热可以忽略不计。
(Φ=58.2w d=120mm)华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineeringt 1t 2δ02915.02.58150420=⨯=∆=dt A πφλδ已知空气隙的平均厚度ΔΔ0.1mm 解：不考虑空气隙时侧得的导热系数记为λ0，则2009/9/1510φλλλδt A ∆=∆+∆+2111021110λλλδλδ∆+∆=-1、2均为，并设导热系数分别为λ1、λ2，则试件实际的导热系数应满足：华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering%92.2102915.003745.002646.002915.000267.00001.000378.00001.0021110=+=+=∆+∆=-λδλλλλλ2009/9/1511华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering2-4一烘箱的炉门由两种保温材料A 和B 做成，且δA =2δB (见附图)。
已知λA =0.1w/m•K ，λB =0.06w/m•K 。
烘箱内空气温度t f1=400℃，内壁面的总表面传热系数h 1=50w/m 2•K 。
为安全起见，希望烘箱炉门的外表面温度不得高于2009/9/151250℃。
设可把炉门导热作为一维导热问题处理，试决定所需保温材料的厚度。
环境温度t f2=25℃，外表面总表面传热系数h 2=9.5w/m 2•K 。
华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering解：按热平衡关系，有：h 1t f1h 2t f2t wδA δB)(1221f w BB A A w f t t h h t t -=++-λδλδ50400-2009/9/1513)2550(5.906.01.02501-=++B Bδδ由此，δB =0.0396m ；δA =2δB =0.0792 m华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering2-13一直径为30mm 、壁温为100℃的管子向温度为20℃的环境散热，热损失率为100W/m 。
为把热损失减小到50W/m ，有两种材料可以同时被利用。
材料A 的导热系数为0.5w/m•K ，可利用度为3.14×10-3m 3/m ；材料B 的导热系数为2009/9/15140.1w/m•K ，可利用度为4.0×10-3m 3/m 。
试分析如何敷设这两种材料才能达到上要求。
假设敷设这两种材料后，外表面与环境间的表面传热系数与原来一样。
解：对表面的换热系数h 应满足下列热平衡式：华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering由此得h=13.27w/m 2•K10003.014.3)20100(=⨯⨯-h )(4221i i d d V -=+π每米长管道上绝热层每层的体积为当B 在内，A 在外时，B 与A 材料的外径为d 、2009/9/15150774.003.0785.0104785.023212=+⨯=+=-d V d 1.00774.0785.01014.3785.023223=+⨯=+=-d Vd 此时每米长度上的散热量为：2d 3可分别由上式得出。
华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering当A 在内，B 在外时，A 与B 材料的外径为d 2、d 3可分别由上式得出。
7.431.014.327.1315.028.6)4.77100ln(1.028.6)304.77ln(20100=⨯⨯+⨯+⨯-=l Q 07.003.0785.01014.3785.023212=+⨯=+=-d Vd 2009/9/15161.007.0785.0104785.023223=+⨯=+=-d Vd 此时每米长度上的散热量为：mW l Q /2.741.014.327.1311.028.6)70100ln(5.028.6)3070ln(20100=⨯⨯+⨯+⨯-=绝热性能好的材料B 在内才能实现要求。
华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering2-17 180A 的电流通过直径为3mm 的不锈钢导线[λ=19W/（m·℃）]。
导线浸在温度为100℃的液体中，放热系数为3000W/（m 2·℃），导线的电阻率为70μΩ·cm ，长度为1m ，试求导线的表面温度及中心温度？2009/9/1517解：Ω⨯=⨯⨯==-=Φ=--∞227210908.9)0015.0(1107)(πρπA L R t t dL h R I w 故热平衡为)100)(103(300010908.9)180(322-⨯⨯⨯=⨯⨯--w t π华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering由此解得5.213=w t 导线中心的温度为5.2130015.0)0015.0(42222+⨯⨯=+Φ=∙πRI t r t 2009/9/1518194⨯λw i C︒=94.226华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering第三章3-1 一热电偶的ρcV /A 之值为2.094 kJ/(m 2⋅K)，初始温度为20℃，后将其置于320℃的气流中。
试计算在气流与热电偶之间的表面传热系数为58W/(m 2⋅116W/(m 2⋅的两种情形下热2009/9/151958 W/(m K)及116 W/(m K)的两种情形下，热电偶的时间常数，并画出两种情形下热电偶读数的过余温度随时间的变化曲线。
解：（1）时间常数hAcVs ρτ=已知094.2=AcVρ华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering)/(582K m W h ⋅=ss 1.3658/10094.231=⨯=τ)/(1162K m W h ⋅=ss 05.18116/10094.232=⨯=τ（2）过余温度sse e ττττθθ//0300---=⋅=2009/9/1520ss 05.182=τss 1.361=τ3000-=θ华中科技大学热科学与工程实验室HUST Lab of Thermal Science & Engineering3-3 一厚10 mm 的大平壁(满足集总参数分析法求解的条件)，初温为300℃，密度为7800 kg/m 3，比热容为0.47 kJ/(kg ⋅℃)，导热系数为45 W/(m ⋅K)，一侧有恒定热流q = 100W/m 2流入，另一侧与20℃的空气对流换热，2009/9/1521流，另流，换热系数为70 W/(m 2⋅K)。