第一章1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。

瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率很低的银。

试分析热水瓶具有保温作用的原因。

如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性，这会影响保温效果吗？解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，则通过内外胆向外辐射的热量很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。

如果密闭性破坏，空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。

1-10 一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为202m ，平均导热系数为1.04w/m.k ，内外壁温分别是520℃及50℃。

试计算通过炉墙的热损失。

如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式KW t A Q 2.7513.0)50520(2004.1=-⨯⨯=∆=δλ每天用煤d Kg /9.3101009.22.753600244=⨯⨯⨯1-16为了说明冬天空气的温度以及风速对人体冷暖感觉的影响，欧美国家的天气预报中普遍采用风冷温度的概念（wind-chill temperature ）。

风冷温度是一个当量的环境温度，当人处于静止空气的风冷温度下时其散热量与人处于实际气温、实际风速下的散热量相同。

从散热计算的角度可以将人体简化为直径为25cm 、高175cm 、表面温度为30℃的圆柱体，试计算当表面传热系数为()K m W 2/15时人体在温度为20℃的静止空气中的散热量。

如果在一个有风的日子，表面传热系数增加到()K m W 2/50，人体的散热量又是多少？此时风冷温度是多少？1-19 在1-14题目中，如果把芯片及底板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20℃，芯片的表面黑度为0.9，其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。

解：()00014.0])27320()27385[(1067.59.04484241⨯+-+⨯⨯-=Φ-＝辐射T T A σε P 辐射对流＋ΦΦ＝1.657W1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h ＝95W/(m2.K)，壁面厚δ＝2.5mm ，)./(5.46K m W =λ水侧表面传热系数58002=h W/(m 2.K)。

设传热壁可以看成平壁，试计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。

你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？解：;010526.0111==h R ;10376.55.460025.052-⨯===λδR ;10724.1580011423-⨯===h R则λδ++=21111h h K ＝94.7)./(2K m W ，应强化气体侧表面传热。

第二章2-2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45)./(K m W ,0. 07)./(K m W 及0.1)./(K m W 。

冷藏室的有效换热面积为37.22m ，室内外气温分别为-2℃及30℃，室内外壁面的表面传热系数可分别按1.5)./(2K m W 及2.5)./(2K m W 计算。

为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小时需带走的热量。

解：由题意得332211212111λδλδλδ++++-⨯=Φh h t t A ＝2.371.00095.007.0152.045000794.05.215.11)2(30⨯++++--＝357.14W357.14×3600＝1285.6KJ2-7如附图所示的不锈钢平底锅置于电器灶具上被加热，灶具的功率为1000W ，其中85％用于加热平底锅。

锅底厚δ=3㎜，平底部分直径d=200㎜，不锈刚的导热系数λ=18W/（m ·K ），锅内汤料与锅底的对流传热表面传热系数为2500W/（㎡·K ），流体平均温度t f =95℃。

试列出锅底导热的数学描写，并计算锅底两表面的温度。

解：2-15 外径为50mm 的蒸气管道外，包覆有厚为40mm 平均导热系数为0.11)./(K m W 的煤灰泡沫砖。

绝热层外表面温度为50℃，试检查矿棉渣与煤灰泡沫砖交界面处的温度是否超过允许值？又。

增加煤灰泡沫砖的厚度对热损失及交界面处的温度有什么影响？蒸气管道的表面温度取为400℃。

解：由题意多层蒸气管总热流量()()()22312121/ln /ln 2λλπd d d d t t l Z +-=Φ代入数据得到 W Z 25.168=Φ由附录知粉煤灰泡沫砖材料最高允许温度为300℃ 由此设在300℃时()()Wd d t t l 33.72/ln 2121211=-='Φλπ()()Wd d t t l 29.358/ln 2223212=-='Φλπ因为z Φ>'Φ+'Φ21所以不会超过允许温度。

当增加煤灰泡沫砖的厚度会使热损失增加，从而边界面处温度下降。

2-22 一个储液氨的容器近似的看成为内径为300mm 的圆球。

球外包有厚为30mm 的多层结构的隔热材料。

隔热材料沿半径方向的当量导热系数为)./(108.14K m W -⨯，球内液氨的温度为-195.6℃，室温为25℃，液氨的相变热为199.6kJ/kg 。

试估算在上述条件下液氨每天的蒸发量。

解：W822.04165.0115.01)6.195(25108.14=⨯⨯--⨯=Φ-π－〕〔Kgm 3562.010006.199360024822.0=⨯⨯⨯=2-30 一高为30cm 的铝制圆台形锥台，顶面直径为8.2cm ，底面直径为13cm.。

底面及顶面温度各自均匀，并分别为520℃及20℃，锥台侧面绝热。

试确定通过该锥形台的导热量。

铝的导热系数为100)./(K m W 。

解：根据傅利叶导热公式得dx dt x A λ)(-=Φ因为：5.6301.400+=x x 得23.510=x 301.45.60-=+x r dx x 得dx r x 082.041.0+=代入数据积分得W 1397=Φ2-36 q=1000W/m 2的热流沿x 方向穿过厚为20mm 的平板（见附图）。

已知x=0mm,10mm,20mm 处的温度分别为100℃，60℃及40℃。

试据此确定材料导热系数表达式)1(0b +=λλ（t 为平均温度）中的0λ及b 。

解：x=0mm,x=10mm 处的平均温度80260100=+=t ℃又)1(0b +=λλ 所以热量()21t t q -=δλ即()()6010002.080110000-+=b λ （1）同理x=10mm,x=20mm 处得 ()()406002.050110000-+-=b λ （2）联立得b=-0.009 687.00=λ2-52 在外径为25mm 的管壁上装有铝制的等厚度环肋，相邻肋片中心线之间的距离s=9.5mm,环肋高H=12.5mm,厚δ＝0.8mm 。

管壁温度200=w t ℃，流体温度90=f t ℃，管壁及肋片与流体之间的表面传热系数为110)./(2K m W 。

试确定每米长肋片管（包括肋片及基管部分）的散热量。

解：2521003.1;9.122/m A A mm H H -⨯='==+='δδ 查表得238=λW/(m.K)()31.0)(2/1223=⎥⎦⎤⎢⎣⎡'A h H λmm H r r mm r 4.25;5.12121='+='=从图查得，88.0=f η肋片两面散热量为：()Wt t h r r f w 15.372120=-⎪⎭⎫ ⎝⎛-'=Φπ肋片的实际散热量为：Wf 7.320=Φ=Φη两肋片间基管散热量：()1051;021.921===-=Φ's n W s r t t h f w π总散热量为()W n Z 8.4382=Φ'+Φ=Φ2-53 过热蒸气在外径为127mm 的钢管内流过，测蒸气温度套管的布置如附图所示。

已知套管外径d=15mm ，壁厚δ＝0.9mm ，导热系数=λ49.1)./(K m W 。

蒸气与套管间的表面传热系数h=105)./(2K m W 。

为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的0.6％，试确定套管应有的长度。

解：按题意应使(),1006.01%6.000==≤mh ch h h θθθθ，()7.166=mh ch ，查附录得：[]81.5)7.166(==ch arc mh ，m H A hUm 119.075.4881.575.48109.01.491053==∴=⨯⨯≡=-，τλ。

第三章3－4 在一内部流动的对流换热试验中（见附图），用电阻加热器产生热量加热量管道内的流体，电加热功率为常数，管道可以当作平壁对待。

试画出在非稳态加热过程中系统中的温度分布随时间的变化（包括电阻加热器，管壁及被加热的管内流体）。

画出典型的四个时刻；初始状态（未开始加热时），稳定状态及两个中间状态。

解：如图所示：3－15 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为5000C ，)/(210K m W ⋅=λ，3/7200m kg =ρ，)/(420K kg J c ⋅=，初始温度为250C 。

问当它突然受到6500C 烟气加热后，为在1min 内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的表面换热系数为)/(122K m W ⋅。

解：采用集总参数法得：)exp(0τρθθcv hA -=，要使元件报警则C 0500≥τ )ex p(65025650500τρcv hA -=--，代入数据得D ＝0.669mm 验证Bi 数：05.0100095.04)/(3<⨯===-λλhDA V h Bi ，故可采用集总参数法。

3－16 在热处理工艺中，用银球试样来测定淬火介质在不同条件下的冷却能力。

今有两个直径为20mm 的银球，加热到6000C 后被分别置于200C 的盛有静止水的大容器及200C 的循环水中。

用热电偶测得，当因球中心温度从6500C 变化到4500C 时，其降温速率分别为1800C/s 及3600C/s 。

试确定两种情况下银球表面与水之间的表面传热系数。

已知在上述温度范围内银的物性参数为)/(W 360/50010)/(1062.232K m m kg k kg J c ⋅=⋅⨯=＝、、λρ。

解：本题表面传热系数未知，即Bi 数为未知参数，所以无法判断是否满足集总参数法条件。

为此，先假定满足集总参数条件，然后验算（1） 对静止水情行，由)exp(0τρθθcv hA-=，代入数据115.1180/200,00333.03//,430,30206500======-=τθθR A V)/(3149)ln()/(20K m W A V c h ⋅==θθτρ验算Bi 数0333.00291.0)3/()/(<===λλR h A V h Bi v ,满足集总参数条件。