第1章流體的主要物理性質(zhì)（含緒論）1-1溫度為38℃（1）如果在處的速度分布求該點(diǎn)壁面切應(yīng)力。38℃水的特性參數(shù)是：（2）在沿y方向傳輸?shù)膭?dòng)量通量是多少？（3）在沿x方向有動(dòng)量通量嗎？若有，它是多少（垂直于流動(dòng)方向的單位面積上的動(dòng)量通量）？圖1-1習(xí)題1圖解：（1）壁面處，故有(2)(3)沿x方向的對(duì)流動(dòng)量通量為1-2一平板距另一固定平板二板水平放置，其間充滿流體，上板在單位面積上為的力作用下，以的速度移動(dòng)，求該流體的動(dòng)力粘度。解：由牛頓粘性定律由于兩平板間隙很小，速度分布可認(rèn)為是線性分布，可用增量來表示微分。1-3長(zhǎng)度直徑水平放置的圓柱體，置于內(nèi)徑的圓管中以的速度移動(dòng)，已知間隙中油液的密度為運(yùn)動(dòng)粘度求所需拉力F為多少？解：動(dòng)力粘度為由牛頓粘性定律由于間隙很小，速度可認(rèn)為是線性分布。1-4如圖1-2所示，在兩塊相距20mm的平板間充滿絕對(duì)粘度的油，如果以1m/s速度拉動(dòng)距上平板5mm處、面積為0.5m2的薄板，求需要的拉力。圖1-2平板間薄板受力解拉力1-5兩平行板相距3.2mm,下板不動(dòng)，而上板以1.52m/s的速度運(yùn)動(dòng)。欲使上板保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要施加2.39N/m2的力，求板間流體的動(dòng)力粘度系數(shù)？解由因又故1-6某可壓縮液體在圓柱形容器中，當(dāng)壓強(qiáng)為2MN/m2時(shí)體積為995cm3,當(dāng)壓強(qiáng)為1MN/m2時(shí)體積為1000cm3,問它的等溫壓縮率кT是多少？參考答案：1-7當(dāng)一平板在以固定板對(duì)面以0.6m/s的速度移動(dòng)時(shí)（如圖），計(jì)算其穩(wěn)定狀態(tài)下的動(dòng)量通量（N/m2）。板間距離為2mm，板間流體的動(dòng)力粘度為v=2×10-6Pa·s,動(dòng)量通量的方向如何？切應(yīng)力的方向呢？題1-7示意圖參考答案：1-8如圖所示，在相距h=0.06m的兩個(gè)固定平行板中間放置另一塊薄板，在薄板的上下分別方有不同黏度的油，并且一種油的黏度是另一種油的2倍。當(dāng)薄板以勻速v=0.3m/s被拖動(dòng)時(shí)，沒平方米受合力F=29N，求兩種油的黏度各是多少？題1-8示意圖參考答案：1-9溫度為20℃、流量為60m3/h的水流入加熱器,經(jīng)加熱后，水溫升高到80℃，如果水的體積膨脹系數(shù)αV=550×10-6參考答案：1-10用活塞油缸來測(cè)定某種液體的體積壓縮系數(shù)。當(dāng)壓強(qiáng)為106Pa時(shí)，液體的體積為1L，當(dāng)壓力升高到2×106Pa時(shí)，液體的體積為995cm3，求這種液體的體積壓縮系數(shù)κ．參考答案：第2章流體靜力學(xué)【題2-1】如圖2-1所示，一圓柱體質(zhì)量在外力的作用下壓進(jìn)容器中，當(dāng)時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)。求測(cè)壓管中水柱高度H=？圖2-1題2-1示意圖解【題2-2】?jī)蓚€(gè)容器A、B充滿水，高度差為a。為測(cè)量它們之間的壓強(qiáng)差，用頂部充滿油的倒U形管將兩個(gè)容器相連，如圖2-2所示。已知油的密度求兩容器中的壓強(qiáng)差。圖2-2題2-2示意圖解：（略）參考答案：【題2-3】如圖2-3所示，直徑的圓柱形容器自重1000N，支撐在距液面距離的支架上。由于容器內(nèi)部有真空，將水吸入。若求支架上的支撐力F。圖2-3題2-3示意圖解:略【題2-4】如圖2-4所示，由上下兩個(gè)半球合成的圓球，直徑d=2m,球中充滿水。當(dāng)測(cè)壓管讀數(shù)H=3m時(shí)，不計(jì)球的自重，求下列兩種情況下螺栓群A-A所受的拉力。上半球固定在支座上；下半球固定在支座上。圖2-4題2-4示意圖解：略【題2-5】矩形閘門長(zhǎng)1.5m,寬2m(垂直于圖面)，A端為鉸鏈，B端連在一條傾斜角的鐵鏈上，用以開啟此閘門，如圖2-5所示。量得庫(kù)內(nèi)水深，并標(biāo)在圖上。今欲沿鐵鏈方向用力T拉起此閘門，若不計(jì)摩擦與閘門自重，問所需力T為若干？圖2-5題2-5示意圖解：略【題2-6】如圖2-6所示測(cè)量裝置，活塞直徑油的密度，水銀的密度，活塞與缸壁無泄露和摩擦。當(dāng)活塞重為15N時(shí)，試計(jì)算U形管測(cè)壓計(jì)的液面高差值。圖2-6題2-6示意圖解：重物使活塞單位面積上承受的壓強(qiáng)為列等壓面1-1處的平衡方程解得為【題2-7】如圖2-7所示為雙杯雙液微壓計(jì)，杯內(nèi)和U形管內(nèi)分別裝有密度和密度的兩種不同液體，大截面杯的直徑U形管的直徑計(jì)算兩杯內(nèi)的壓強(qiáng)差為多少？圖2-7題2-7示意圖解：列1-2截面上的等壓面方程由于兩邊密度為的液體容量相等，所以代入上式得【題2-8】用雙U形管測(cè)壓計(jì)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)的壓強(qiáng)差，如圖2-8所示，已知圖2-8題2-8示意圖解：根據(jù)等壓面條件，圖中1-1、2-2、3-3均為等壓面。可應(yīng)用流體靜力學(xué)方程式逐步推算。逐個(gè)將式子代入下一個(gè)式子，則所以【題2-9】已知密閉水箱中的液面高度測(cè)壓管中的液面高度U形管中右端介質(zhì)高度如圖2-9所示。試求U形管中左端工作介質(zhì)高度為多少？圖2-9題2-9示意圖解：列1-1截面等壓面方程，則列2-2截面等壓面方程，則【題2-10】圖2-10表示一個(gè)兩邊都承受水壓的矩形水閘，如果兩邊的水深分別為試求每米寬度水閘上所承受的凈總壓力及其作用點(diǎn)的位置。圖2-10題2-10示意圖解：淹沒在自由液面下深的矩形水閘的形心每米寬水閘左邊的總壓力為F1的作用點(diǎn)位置即F1的作用點(diǎn)位置在離底處。淹沒在自由液面下深的矩形水閘的形心每米寬水閘右邊的總壓力為即F2的作用點(diǎn)位置在離底處。每米寬水閘上所承受的凈總壓力為假設(shè)凈總壓力的作用點(diǎn)離底的距離為h,可按力矩方程求得其值。圍繞水閘底O處的力矩應(yīng)該平衡，即【題2-11】圓弧形閘門長(zhǎng)圓心角半徑如圖2-11所示。若弧形閘門的轉(zhuǎn)軸與水面齊平，求作用在弧形閘門上的總壓力及其作用點(diǎn)的位置。圖2-11題2-11示意圖解弧形閘門的水深弧形閘門上總壓力的水平分力垂直分力弧形閘門上的總壓力總壓力與z軸間的夾角為對(duì)圓弧形曲面，總壓力的作用線一定通過圓心，由此可知總壓力的作用點(diǎn)D距水面的距離為【題2-12】如圖2-12所示的貯水容器，其壁面上有三個(gè)半球形蓋，設(shè)試求作用在每個(gè)蓋上的液體總壓力。圖2-12題2-12示意圖解（1）蓋底上所受到的力作用在底蓋左半部分和右半部分的總壓力的水平分力相等，而方向相反，故水平分力的合力為零。底蓋上的總壓力等于總壓力的垂直分力，實(shí)壓力體，垂直分力向下。（2）頂蓋上的總壓力的水平分力亦為零，總壓力等于總壓力的垂直分力，虛壓力體，垂直分力向上。（3）側(cè)蓋上總壓力的水平分力為實(shí)壓力體，垂直分力向下，垂直分力大小為故側(cè)蓋上總壓力的大小與方向?yàn)榭倝毫Φ淖饔镁€一定通過球心，與垂直線夾角為【題2-13】圖2-13所示為一水箱，左端為一半球形端蓋，右端為一平板端蓋。水箱上部又一加水管。已知試求兩端蓋所受的總壓力及方向。圖2-13題2-13示意圖解（1）右端蓋是一圓平面，面積為其上作用的總壓力有方向垂直于端蓋水平向右。（2）左端蓋是一半球面，分解為水平方向分力和垂直方向分力方向水平向左。垂直方向分力由壓力體來求，將半球面分成AB、BE兩部分，AB部分壓力體為ＡＢＣＤＥ０Ａ，即圖中左斜線部分，記為VＡＢＣＤＥ０Ａ，它為實(shí)壓力體，方向向下；BE部分壓力體為BCDEB，即圖中右斜線部分，記為VBCDEB，它為虛壓力體，方向向上。因此總壓力體為它們的代數(shù)和。VP正好為半球的體積，所以方向垂直向下。總作用力為合力通過球心與水平方向夾角為【2-14】扇形閘門，中心角α=45°,寬度B=1m（垂直于圖面），可以繞鉸鏈C旋轉(zhuǎn)，用以蓄水或泄水（如圖），水深H=3m，試確定水作用于此閘門上的總壓力p的大小和方向。（已知：）解：由圖知題2-14示意圖故總壓力p對(duì)水平方向的傾斜角為盛水容器形狀如圖所示。已知。求各點(diǎn)壓強(qiáng)。題2-15示意圖解：由流體靜力學(xué)基本方程求得個(gè)點(diǎn)的表壓強(qiáng)分別為：【2-16】一水壓機(jī)如圖所示。已知大活塞直徑D=11.78cm,小活塞直徑d=5cm,杠桿臂長(zhǎng)a=15cm,b=7.5cm，活塞高度差h=1m。當(dāng)施力F1=98N時(shí)，求大活塞所能克服載荷F2。題2-16示意圖解：（略）參考答案：第3章流體動(dòng)力學(xué)【題3-1】在生產(chǎn)過程中常用設(shè)備位置的高度差來使流體以一定的流速或流量流動(dòng)，如水塔、高位槽或虹吸等。這類計(jì)算可歸納為已知高度差求流速或流量；或者求出欲達(dá)到某一流量須保持若干高度差。如圖3-1所示，水槽液面至管道出口的垂直距離保持在6.2m,水管全長(zhǎng)330m,管徑為如果此流動(dòng)系統(tǒng)中壓頭損失為，試求管路中每分鐘可達(dá)到的流量。圖3-1題3-1示意圖解取水槽液面為1—1截面，水流出口為2—2截面，取水平基準(zhǔn)面通過水管中心。列出1—1截面至2—2截面之間的伯努利方程式為因?yàn)樗交鶞?zhǔn)面通過截面2—2，所以。液面因?yàn)樗鞒隹诰c大氣相通，故大氣壓。因截面1—1比2—2要大的多，所以可近似認(rèn)為。已知，將這些數(shù)值代入得，解出于是水的流量【題3-2】采用如圖3-2所示的集流器測(cè)量離心風(fēng)機(jī)的流量。已知風(fēng)機(jī)吸入管道的直徑d=350mm,插入水槽中的玻璃管內(nèi)水升高h(yuǎn)=100mm,空氣的密度水的密度為不考慮損失，求空氣的流量。圖3-2題3-2示意圖解取吸水玻璃管處為過流斷面1—1，在吸入口前的一定距離，空氣為受干擾處，取過流斷面0—0，其空氣壓力為大氣壓，空氣流速近似為0，。取管軸線為基準(zhǔn)線，且，則列出0—0和1—1兩個(gè)緩變流斷面之間的能量方程為而，所以【題3-3】如圖3-3所示，求單位寬度二維槽道內(nèi)水的流量，忽略能量損失。圖3-3題3-3示意圖解選擇槽道底面為基準(zhǔn)面，確定兩漸變流斷面為1—1和2—2。因?yàn)闈u變流斷面上各點(diǎn)的為常數(shù)，所以可選斷面上任一點(diǎn)表示z和p值，為計(jì)算方面，選水面上一點(diǎn)，則斷面1—1處和斷面2—2處。忽略能量損失，列能量方程由連續(xù)方程解得流量為【題3-4】某工廠自高位水池引出一條供水管路AB，如圖3-4所示。已知流量管徑壓力表讀數(shù)高度。問水流在管路AB中損失了若干水頭？圖3-4題3-4示意圖解:(略)【題3-5】假設(shè)有一不可壓縮流體三維流動(dòng)，其速度分布規(guī)律為。試分析該流動(dòng)是否連續(xù)？解根據(jù)式（3.27）所以故此流動(dòng)不連續(xù)。不滿足連續(xù)性方程的流動(dòng)是不存在的?！绢}3-6】有一不可壓縮流體平面流動(dòng)，其速度分布規(guī)律。試分析該流動(dòng)是否連續(xù)？解根據(jù)式（3.29）所以故此流動(dòng)是連續(xù)的?！绢}3-7】有一輸水管道，如圖3-5所示。水自截面1—1流向截面2—2。測(cè)得1—1截面的水流平均流速已知試求截面2—2處的平均流速為多少？圖3-5輸水管道解：【題3-8】有一貯水裝置如圖3-6所示，貯水池足夠大，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，壓強(qiáng)計(jì)讀數(shù)為2.8個(gè)大氣壓強(qiáng)。而當(dāng)將閥門全開，水從管中流出時(shí)，壓強(qiáng)計(jì)讀數(shù)是0.6個(gè)大氣壓強(qiáng)，試求當(dāng)水管直徑d=12cm時(shí)，通過出口的體積流量qv,（不計(jì)流動(dòng)損失）。圖3-6題3-8示意圖解當(dāng)閥門全開時(shí)列1—1、2—2截面的伯努利方程當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，根據(jù)壓強(qiáng)計(jì)的讀數(shù)，應(yīng)用流體凈力學(xué)基本方程求出H值。則代入到上式所以管內(nèi)流量【題3-9】如圖3-7所示的虹吸管中，已知管徑如不計(jì)損失，問S處的壓強(qiáng)應(yīng)為多大時(shí)此管才能吸水？此時(shí)管內(nèi)流速及流量Q各為若干？（注意：管B端并未接觸水面或探入水中）圖3-7題3-9示意圖解：略【題3-10】水流通過如圖3-6所示管路流入大氣，已知：U形測(cè)壓管中水銀柱高差管徑管嘴出口直徑不計(jì)管中水頭損失，試求管中流量。圖3-8題3-10示意圖解首先計(jì)算1—1斷面管路中心的壓強(qiáng)。因?yàn)锳—B為等壓面，列等壓面方程得則列1—1和2—2斷面的伯努利方程由連續(xù)性方程將已知數(shù)據(jù)代入上式，得管中流量【題3-11】圖3-7所示為測(cè)量風(fēng)機(jī)流量常用的集流管試驗(yàn)裝置示意圖。已知其內(nèi)徑D=0.32m,空氣重度由裝在管壁下邊的U形測(cè)壓管（內(nèi)裝水）測(cè)得。問此風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q為若干？（可忽略能量損失）圖3-9題3-11示意圖解選水平基準(zhǔn)面0—0，過風(fēng)斷面1—1及2—2如圖所示。并假定單位質(zhì)量流體自A點(diǎn)流到B點(diǎn)，。（為水的重度9800N/m3,pa為環(huán)境氣壓）。自過風(fēng)斷面1—1到2—2（由A到B點(diǎn)）列出流體的總流伯努利方程為因?yàn)橛纱说霉曙L(fēng)量【3-12】下圖為一離心水泵吸水管路裝置，已知抽水量吸入管管徑水泵產(chǎn)生的真空度為水柱，吸水管路全部水頭損失水柱，試確定離心水泵機(jī)抽水至水池液面的極限高度已知水的重度。題3-12示意圖解：【3-13】已知在圓柱坐標(biāo)下的連續(xù)性方程為，試判斷下列平面流場(chǎng)是否連續(xù)？解：將其代入連續(xù)方程，得：，滿足連續(xù)方程，所以流場(chǎng)連續(xù)?！?-14】從換熱器兩條管道輸送空氣至爐子的燃燒器，管道橫斷面尺寸均為400mm×600mm，設(shè)在溫度為400℃時(shí)通向燃燒器的空氣量為8000kg/h，試求管道中空氣的平均流速。（在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度為1.293kg/m3，400℃時(shí)空氣的密度為0.524kg/m解：按一維總流可壓縮穩(wěn)定流處理。答：管道中空氣的平均流速為6.2m/s?！?-15】不可壓縮流體個(gè)流場(chǎng)的速度分布如下，試判斷流動(dòng)是否存在（連續(xù)）。（1）（2）（3）（4）解：略【3-16】用皮托管和靜壓管測(cè)量管道中水的流速，如圖所示。若V形管中的液體為四氯化碳，并測(cè)得液面差，試求管道中心的流速為多少。題3-18示意圖解：【3-17】若原油在管道截面A處以的流速流動(dòng)，如圖所示，不計(jì)水頭損失，試求開口V形管C內(nèi)的液面高度。解：先求B點(diǎn)的速度，由連續(xù)性方程求得：在A、B之間列伯努利方程得：其中，代入求得，即開口V形管C內(nèi)的液面高度為。第4章流動(dòng)狀態(tài)及能量損失【4-1】某送風(fēng)平直管道，內(nèi)徑d=300mm,流量風(fēng)溫℃，試判斷管中流動(dòng)狀態(tài)。解管中平均風(fēng)速為查相關(guān)表得25℃時(shí)空氣的運(yùn)動(dòng)粘度為管內(nèi)氣流的雷諾數(shù)為故空氣在管道中做湍流流動(dòng)?！?-2】設(shè)矩形截面（1.0m×1.5m）的磚砌煙道，排除溫度t=600℃的煙氣量Q=35000m3/h,煙道長(zhǎng)L=10m,表面粗糙度,煙氣的運(yùn)動(dòng)粘度煙氣600℃時(shí)的密度解煙氣的平均流速煙道的當(dāng)量直徑Re為煙道的相對(duì)粗糙度查圖4.9得,代入達(dá)西公式——式（4.26），得【4-3】管道直徑d=100mm,輸送水的流量水的運(yùn)動(dòng)粘度求水在管中的流動(dòng)狀態(tài)。若輸送的石油，保持前一種情況下的流速不變，流動(dòng)又是什么狀態(tài)？解（1）雷諾數(shù)故水在管道中是湍流狀態(tài)。（2）故油在管道中是層流狀態(tài)。【4-4】圓管直徑d=200mm,管長(zhǎng)l=1000m,輸送運(yùn)動(dòng)粘度的石油，流量試求沿程損失。解判別流動(dòng)狀態(tài)為層流式中【4-5】輸送潤(rùn)滑油的管子直徑d=8mm,管長(zhǎng)l=15m,如圖4-1所示。油的運(yùn)動(dòng)粘度流量求油箱的水頭h(不計(jì)局部損失)圖4-1潤(rùn)滑油管路解管中平均流速雷諾數(shù)為層流列截面1—1和2—2的伯努利方程認(rèn)為油箱面積足夠大，取則【4-6】輸送石油的管道長(zhǎng)直徑，粗糙度的舊無縫鋼管，通過的質(zhì)量流量運(yùn)動(dòng)粘度在冬季夏季若取密度試求沿程水頭損失各為多少？解首先判別流動(dòng)所處的區(qū)域。體積流量平均流速雷諾數(shù)為層流為紊流需要進(jìn)一步判別夏季石油在管道中的流動(dòng)狀態(tài)處于湍流哪個(gè)區(qū)域。即，流動(dòng)處于湍流光滑管區(qū)。沿程水頭損失冬季由于夏季石油在管道中流動(dòng)狀態(tài)處于湍流光滑管區(qū)，故沿程阻力系數(shù)用布拉休斯公式計(jì)算，即夏季【4-7】輸送空氣（t=20℃）的舊鋼管道，取管壁絕對(duì)粗糙度管道長(zhǎng)管徑管道兩端的靜壓強(qiáng)差為試求該管道通過的空氣流量是多少？解因?yàn)槭堑戎睆降墓艿?，管道兩端的靜壓強(qiáng)差就等于在該管道中的沿程損失。℃的空氣，密度運(yùn)動(dòng)粘度管道的相對(duì)粗糙度由莫迪圖試取故雷諾數(shù)根據(jù)Re和由莫迪圖查得正好與試取的值相符合。若兩者不相符合，則應(yīng)將查得的值代入上式，按上述步驟進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，直至最后由莫迪圖查得的值與改進(jìn)的值相符合為止。管道通過的空氣流量為【4-8】有一長(zhǎng)方形風(fēng)道長(zhǎng)截面積管壁絕對(duì)粗糙度輸送t=20℃的空氣，流量試求在此段風(fēng)道中的沿程損失。解平均流速當(dāng)量直徑20℃空氣的運(yùn)動(dòng)粘度密度雷諾數(shù)相對(duì)粗糙度查莫迪曲線圖4.9得沿程損失沿程壓強(qiáng)損失【4-14】長(zhǎng)度內(nèi)徑d=200mm的普通鍍鋅鋼管，用來輸送運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)的重油，已測(cè)得其流量q=38L/s。（已知重油密度為880kg/m3）問其沿程損失為多少？解對(duì)于的光滑管流，采用布拉休斯提出的經(jīng)驗(yàn)公式故沿程阻力損失為【4-16】沿直徑d=305mm的管道，輸送密度ρ=980kg/m3、運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)ν=4cm2/s的重油。若流量Q=0.06m/s,管道起點(diǎn)標(biāo)高z1=85m,終點(diǎn)標(biāo)高z2=105m,管長(zhǎng)l=1800m。試求管道中重油的壓力降。解：【4-17】在長(zhǎng)度L=10000m，直徑d=300mm的管路中輸送重度γ=8.82kN/m3的重油，其重量流量G=2371.6kN/h，求油溫分別為10℃（υ=25cm2/s）和40℃（υ=1.5cm解：（1）油溫10℃時(shí)，υ=25cm2/s=25×10-4沿程損失（2）油溫40℃時(shí)，υ=1.5cm2/s=1.5×10-4沿程損失【4-18】溫度的水在直徑的管中流動(dòng)，體積流量，問管中水流處于什么運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？解：略【4-19】某一送風(fēng)管道（鋼管，），長(zhǎng)，直徑，在溫度的情況下，送風(fēng)量。問：（1）此風(fēng)管中的沿程損失為若干？（2）使用一段時(shí)間后，其絕對(duì)粗糙度增加到，其沿程損失又為若干？（時(shí)，空氣的運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)）解：先計(jì)算送風(fēng)速度雷諾數(shù)為湍流。（1）已知，則由莫迪圖查的時(shí)空氣密度，故壓強(qiáng)降即沿程損失為（2）絕對(duì)粗糙度增加到，則由莫迪圖查的此時(shí)壓強(qiáng)降即沿程損失為【4-20】某種具有，的油流過長(zhǎng)為，直徑為的水平管子，試計(jì)算保持層流流態(tài)的最大平均流速。并計(jì)算維持這一流動(dòng)所需要的壓降。若油從這一管子流入直徑為，長(zhǎng)也為的管子，問流過后一根管子的壓降為多少。解：（1）已知，，由得（2）維持這一流動(dòng)的所需要的壓降為：（3）流過后一根管子時(shí)，先計(jì)算其速度由連續(xù)性方程得此時(shí)的壓強(qiáng)降為第5章熱量傳輸?shù)幕靖拍罴盎径?-1一塊厚50mm的平板，兩側(cè)表面分別維持在℃，℃。試求下列條件下導(dǎo)熱的熱流密度：（1）材料為銅，;(2)材料為灰鑄鐵，；（3）材料為鉻磚，。解參見式（5.6）有在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中，垂直于x軸的任一截面上的熱流密度是相等的，即q是常量。將上式分離變量并積分得于是這就是當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)時(shí)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的熱流密度計(jì)算式。將已知數(shù)值代入該式，得銅灰鑄鐵鉻磚5-2一塊溫度127℃（1）已知鋼板的發(fā)射率，試計(jì)算鋼板發(fā)射的熱流密度（即單位面積發(fā)射出的輻射熱流量）。（2）鋼板除本身發(fā)射出輻射能散熱外，還有什么其它散熱方式？（3）已知,鋼板周圍的空氣溫度為27℃，試求自然對(duì)流散熱的熱流密度。解（1）按式（5.15），鋼板發(fā)射出的熱流密度為（2）還有自然對(duì)流散熱方式。（3）自然對(duì)流散熱按牛頓冷卻公式（5.11）計(jì)算5-3為了測(cè)量某種材料的熱導(dǎo)率，用該材料制成厚5mm、直徑25mm的圓形平板試件。第一次試驗(yàn)時(shí)測(cè)得通過試件的導(dǎo)熱量為0.22W，試件兩側(cè)溫度分別為20℃和50℃。第二次試驗(yàn)時(shí)測(cè)得通過試件的導(dǎo)熱量為0.32W，試件兩側(cè)溫度分別為200℃解由5-1題可知第一次試驗(yàn)材料的熱導(dǎo)率第二次試驗(yàn)材料的熱導(dǎo)率計(jì)算結(jié)果表明：兩次試驗(yàn)所測(cè)同一材料的熱導(dǎo)率不同，除了測(cè)量誤差外，還反映了材料的熱導(dǎo)率是隨溫度變化的。5-6．一電爐絲，溫度為847℃，長(zhǎng)1.5m，直徑為2mm解：由實(shí)際物體的四次方定律得：5-9．試求上題中蒸汽管道德輻射散熱量。已知系統(tǒng)發(fā)射率為保溫層外表面的發(fā)射率。物體2為周圍物體，其溫度接近空氣溫度。解：由式（8.16）得：5-11．30℃的空氣吹過150℃的熱表面，如果空氣與熱表面的對(duì)流換熱系數(shù)為解：由牛頓冷卻公式，熱表面對(duì)流散失的熱量為5-12．金屬板的表面黑度為0.35，溫度為273℃解：由四次方定律，金屬表面的熱輻射率表面氧化后的熱輻射率為鍍鉻后表面的熱輻射率為【題6-1】一窯爐的耐火硅磚爐墻為厚度的硅磚。已知內(nèi)壁面溫度外壁面溫度為，試求每平方米爐墻的熱損失。已知硅磚在400～1500℃區(qū)間的平均熱導(dǎo)率為。解：【題6-2】已知灰鑄鐵、空氣及濕砂型的熱導(dǎo)率分別為及，試比較1mm厚灰鑄鐵、空氣及濕砂型的熱阻。試問：在砂型鑄造中，氣隙的作用是否可以忽略？解：導(dǎo)熱熱阻故有灰鑄鐵空氣濕砂型1mm的空氣隙的熱阻相當(dāng)于灰鑄鐵熱阻的1500余倍，因此在鑄鐵冷卻分析中，氣隙的作用是不可忽略的因素?！绢}6-3】某熱風(fēng)管外徑為812mm,厚5mm，為了保溫，熱風(fēng)管內(nèi)砌有厚115mm的硅藻土磚，且磚間墊有20mm厚的石棉板。已知熱風(fēng)溫度為700℃，風(fēng)管外表面溫度為50℃，求每米熱風(fēng)管的導(dǎo)熱量。已知硅藻土及石棉板導(dǎo)熱系數(shù)分別為提示：因鋼的導(dǎo)熱系數(shù)大且管壁薄，可忽略其熱阻。解：熱風(fēng)管可看做由硅藻土磚和石棉板組成的雙層圓筒壁導(dǎo)熱。平均傳熱面積為設(shè)則得與假設(shè)值相近，計(jì)算結(jié)果有效，故每米熱風(fēng)管導(dǎo)熱量為【題6-4】一塊厚200mm的鋼板，初始溫度為30℃，放入1200℃高溫加熱爐內(nèi)兩面對(duì)稱加熱。已知鋼板的加熱過程中的平均表面對(duì)流換熱系數(shù)試求：(1)鋼板表面溫度達(dá)到800℃解：（1）由于鋼板半厚于是表面上先算出Bi為從圖6-2查得，在平板表面上（此處為表面上的過余溫度）。另一方面，根據(jù)已知條件，表面上的無量綱過余溫度為平板中心無量綱過余溫度為由從圖6-1中查得由此推算出（2）由已知條件得從圖6-3查得再?gòu)囊阎獥l件的于是每平方米截面的累計(jì)熱量為負(fù)號(hào)表示熱量從爐子傳入鋼板?！绢}6-5】蒸汽直管道的外徑準(zhǔn)備包兩層厚度都是15mm的不同材料的絕熱層，第一種材料的熱導(dǎo)率第二種材料的熱導(dǎo)率若溫差一定，試問從減少熱損失的觀點(diǎn)看下列兩種方案：（1）1在里層，2在外層；（2）2在里層，1在外層。哪一種好？為什么？解：方案（1）單位管長(zhǎng)的熱損失為方案（2）單位管長(zhǎng)的熱損失為比較兩種方案的熱損失由于故從減少熱損失的觀點(diǎn)來看方案（1）好?！绢}6-6】一大型平壁狀鑄件在砂型中凝固冷卻。設(shè)砂型內(nèi)側(cè)表面溫度維持1200℃不變，砂型初始溫度為20℃，熱擴(kuò)散率試求澆注后1.5h砂型中李內(nèi)側(cè)表面50mm解：由高斯函數(shù)圖中查得從而有【題6-7】一冶金爐的爐底用0.8mm厚的粘土磚，直接砌在混凝土基礎(chǔ)上。開工后爐底內(nèi)表面溫度即升至800℃并保持不變，問磚與混凝土界面處何時(shí)開始升溫，一周后該處溫度為多少？設(shè)磚及混凝土的熱量傳輸系數(shù)平均值為解：連同基礎(chǔ)，爐底可視為半無限厚大平板。（1）即為混凝土與磚界面的開始升溫時(shí)間。（2）一周后，由于以此查高斯函數(shù)圖得所以【題6-8】有一直徑為400mm的鋼錠，初溫為20℃，將它置于爐溫為900℃的爐中加熱，試計(jì)算表面溫度加熱到750℃時(shí)所需的時(shí)間，假定鋼錠可近似地視為無限長(zhǎng)圓柱體，并取對(duì)流換熱系數(shù)鋼錠的熱導(dǎo)率為熱擴(kuò)散率解：表面處，有查圖6-5得，在表面根據(jù)已知條件，表面上的無量綱過余溫度為故得據(jù)查圖6-4得，故答：鋼錠表面溫度加熱到750℃時(shí)需要1.535h?！绢}6-9】某加熱爐爐墻由厚460mm的GZ-94硅磚、厚230mm的QN-1.0輕質(zhì)粘土磚和厚5mm的鋼板組成，爐墻內(nèi)表面的溫度為1600℃，外表面的溫度為80℃。三層材料的熱導(dǎo)率分別為和。已知QN-1.0輕質(zhì)粘土磚最高使用溫度為1300℃，求爐墻散熱的熱流密度，并確定QN-1.0輕質(zhì)粘土磚是否在安全使用溫度范圍內(nèi)。解：設(shè)以單位導(dǎo)熱面積計(jì)算的爐墻各層的導(dǎo)熱熱阻分別為熱流密度界面溫度QN-1.0輕質(zhì)粘土磚在安全使用溫度范圍內(nèi)?！绢}6-10】一主蒸汽管道，蒸汽溫度為540℃，管子外徑管外包厚的水泥蛭石保溫層，外側(cè)再包15mm的保護(hù)層。按規(guī)定，保護(hù)層外側(cè)溫度為48℃，熱損失為442W/m。水泥蛭石和保護(hù)層的熱導(dǎo)率分別為和求保溫層的厚度。解：由題意，。單位長(zhǎng)度的散熱量為設(shè)代入式（a）得又設(shè)代入式（a）求得此值與規(guī)定值相近，故可取保溫層厚度【題6-11】有一厚為20mm的平面墻，導(dǎo)熱系數(shù)為1.3W/(m·℃).為使每平方米墻的熱損失不超過1500W，在外表面覆蓋了一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.2W/(m·℃)的保溫材料。已知復(fù)合壁兩側(cè)的溫度分別為750℃及55解：由解得【題6-12】用熱電偶測(cè)得高爐基礎(chǔ)內(nèi)某點(diǎn)的溫度為350℃，測(cè)定時(shí)間離開爐120h，如爐缸底部表面溫度為1500℃，爐基材料的熱擴(kuò)散系數(shù)爐基開始溫度為20解：高爐基礎(chǔ)可視為半無限大物體，界面（x=0）處為爐缸底部表面。因?yàn)橐阎砻鏈囟?，所以為第一類邊界條件的問題。已知根據(jù)式（6.42），有得查高斯誤差函數(shù)表得所以【題6-13】用一塊絕熱平板減少熱爐墻對(duì)地下室的散熱量，平板一面的溫度為80℃，另一面溫度為15℃，要求每平方米的散熱量小于151W,若平板導(dǎo)熱系數(shù)為5.82×10-2W/(m解：由有解得【題6-14】某平壁爐墻，厚度為200，兩表面溫度分別為500℃與60℃，爐墻導(dǎo)熱系數(shù)，試求單位面積熱阻和導(dǎo)熱通量。解：先計(jì)算爐墻的平均溫度℃爐墻導(dǎo)熱系數(shù)則單位面積熱阻導(dǎo)熱熱通量【題6-15】圓筒形爐壁由兩層耐火擦料組成，內(nèi)層為鎂磚，外層為粘土磚，層間緊密接觸，內(nèi)層內(nèi)、外徑分別為3和3.6，外層的外直徑為3.9，表面溫度分別為1250℃與100℃，求導(dǎo)熱通量及中間溫度。解：先通過是算法估算、的值，查附錄有：鎂磚：粘土磚：設(shè)兩層中間溫度℃，則于是可以求得單位長(zhǎng)度熱通量：校驗(yàn)溫度：℃與假設(shè)值比較接近，計(jì)算有效.【題6-16】某熱風(fēng)管道的內(nèi)、外直徑分別為160和170，管外包扎厚度為60的石棉隔熱層。若已知管道內(nèi)表面溫度為280℃，石棉隔熱層外表面溫度為48℃；且已知管壁和石棉的導(dǎo)熱系數(shù)分別為56.5和0.12.求每米長(zhǎng)管道的熱損失和兩層接觸截面溫度。解：管壁較薄且管壁的導(dǎo)熱系數(shù)比較大，故其導(dǎo)熱熱阻可以忽略，兩層接觸面的溫度近似為280℃【題6-17】一平底鍋燒開水，鍋底已有厚度為2的水垢，其導(dǎo)熱率為1.05，若已知與水相接觸的水垢表面層溫度為115℃.通過鍋底的熱流密度為42400，試求金屬鍋底的最高溫度。解：由單層平壁傳熱故金屬鍋底的最高溫度為【題6-18】大型鑄件在耐火水泥坑中砂型鑄造，鑄件與坑壁間為砂型，其厚度為0.5.已知鑄件表面與砂型接觸面的溫度，砂型的熱擴(kuò)散率，砂型初始溫度，試求砂型受熱120h后的外側(cè)壁面溫度。解：從附錄6查得則砂型受熱120h后的外側(cè)壁面溫度為【題6-19】一熔煉爐開爐4天，測(cè)知爐底某一點(diǎn)的溫度為350℃，熔池內(nèi)表面溫度為1500℃，爐底材料的平均導(dǎo)溫系數(shù)為初溫為25℃，求該點(diǎn)到爐底內(nèi)表面的距離，并計(jì)算爐內(nèi)表面下解：（1）由式（6.43）有所以，從附錄6查得由于所以（2）由式（6.43）有所以，從附錄6查得由于所以【題6-20】一根直徑為150mm的長(zhǎng)軸，在爐溫為815℃的爐中長(zhǎng)期加熱后取出放入一液體槽中淬火。槽中液體溫度為38℃.若軸的表面換熱系數(shù)為，試計(jì)算軸心溫度達(dá)到115℃所需的時(shí)間和此時(shí)刻軸表面的溫度。設(shè)熱導(dǎo)率導(dǎo)溫系數(shù)解：管半徑，在表面上，計(jì)算特征數(shù)從附錄5圖2上查的長(zhǎng)軸表面上無量綱過余溫度軸心溫度達(dá)到115℃時(shí)中心的無量綱過余溫度為則表面上無量綱過余溫度可確定如下由此可計(jì)算表面溫度Tw在附錄5圖1上查得所以可計(jì)算軸心溫度達(dá)到115℃所需時(shí)間為第7章對(duì)流換熱題7-1一個(gè)大氣壓下20℃的空氣，以1.5m/s的速度流過溫度為100℃的平面爐墻表面，爐寬1.0m,長(zhǎng)2.0m，若不計(jì)自然對(duì)流影響，求爐墻的對(duì)流換熱量。已知在60解：對(duì)長(zhǎng)L=2.0m的平板，有層流由有于是傳熱熱量為題7-2一個(gè)大氣壓下24℃的空氣，以60m/s的速度流過溫度為216℃的平面爐墻表面，爐寬1.0m,長(zhǎng)0.4m，若不計(jì)輻射換熱，求爐墻的對(duì)流換熱量。已知在解：所以，對(duì)長(zhǎng)L=0.4m的平板有湍流從而有于是傳熱熱量為題7-3水在內(nèi)徑d=0.03m、長(zhǎng)度的水平直管中流動(dòng)，管內(nèi)水流速平均溫度當(dāng)管壁溫度為時(shí)，求對(duì)流換熱系數(shù)。已知水的物性參數(shù)為當(dāng)時(shí)，解：層流可以選式（7.39）計(jì)算故題7-4一直管內(nèi)徑為0.08m,管長(zhǎng)為5m,管壁溫度保持60℃，水與空氣分別從管中流過，試分別計(jì)算水和空氣從20℃加熱到40℃時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)。已知管中水的流速為0.3m/s,空氣流速為4.5m在30℃解：故不考慮因粘度引起的誤差修正。又對(duì)于直管，故不考慮入口段修正。水：空氣：均為旺盛湍流,采用式（7.31）水空氣題7-5長(zhǎng)12m，外徑0.3m的垂直蒸汽管外表面溫度為60℃，試求在20℃的空氣中此管單位長(zhǎng)的散熱量。在40解：垂直圓柱管，定型尺寸為管長(zhǎng)L=12m。查表1可得：則故題7-6水以0.8kg/s的流量在內(nèi)徑為d=2.5cm的管內(nèi)流動(dòng)，管子的內(nèi)表面溫度為90℃，進(jìn)口處水的溫度為20℃，試求水被加熱至40℃時(shí)所需的管長(zhǎng)。解：流動(dòng)為湍流。由于溫差為60℃，故要作修正。根據(jù)熱平衡方程：流體得到（或失去）的熱量=流體與管壁間的對(duì)流換熱量即又故不必進(jìn)行管長(zhǎng)修正。題7-7長(zhǎng)10m,外徑為0.3m的包扎蒸汽管，外表面溫度為55℃，求在25℃的空氣中水平與垂直兩種方式安裝時(shí)單位管長(zhǎng)的散熱量。已知在解：(1)水平安裝時(shí)，特征尺寸為管子外徑，即d=0.3m,則查表1得：(2)垂直安裝時(shí)，特征尺寸為管子長(zhǎng)度，即L=10m,則查表1得：（3）以簡(jiǎn)化公式計(jì)算1）水平安裝時(shí)為層流，查表1得計(jì)算公式為2）垂直安裝時(shí)為湍流，查表1得計(jì)算公式為計(jì)算誤差均未超過±5%。題7-8一水平放置的熱力管道在廠房中散熱。已知管道外徑d=108mm,其外表面溫度廠房?jī)?nèi)空氣溫度試計(jì)算每米管道由自然對(duì)流換熱方式散失的熱量。解：本題符合采用專用式（7.23）的條件平均換熱系數(shù)每米長(zhǎng)管道自然對(duì)流換熱的散熱量為題7-9一臺(tái)蒸汽輪機(jī)用冷凝器銅管根數(shù)n=6000,，管外徑為23mm,壁厚1mm。冷卻水進(jìn)口處水溫和管內(nèi)壁溫度分別為冷卻水出口處水溫和管內(nèi)壁溫度分別為冷卻水流量冷凝器內(nèi)冷卻水為兩個(gè)流程。試計(jì)算管內(nèi)壁與水之間的平均對(duì)流換熱系數(shù)。已知，水在31℃時(shí)的物性參數(shù)為：（提示：冷凝器過流截面積為）解：流動(dòng)為湍流。對(duì)流換熱系數(shù)為題7-10水式量熱計(jì)為一外徑的管子，用空氣斜向吹過?？諝馑俣扰c管子軸線的交角為60o?？諝鉁囟葹?0℃。穩(wěn)定時(shí)量熱計(jì)管子外壁溫度℃，試計(jì)算管壁對(duì)空氣的對(duì)流換熱系數(shù)及單位管長(zhǎng)的對(duì)流換熱量。已知在50℃下空氣的有關(guān)物性為解：查表2得。由φ=60o查圖1得。于是對(duì)流換熱系數(shù)為單位管長(zhǎng)的對(duì)流換熱量題7-11、30℃的空氣以50m/s的速度外掠一塊平板，平板保持210℃的板面溫度，板長(zhǎng)已知在120℃解：平板后部以達(dá)到湍流區(qū)，全長(zhǎng)平均換熱系數(shù)為1261題7-12、某高爐冷卻壁，其冷卻水管內(nèi)徑d=58mm,有效長(zhǎng)度L=1.75m,水在管內(nèi)的流速v=1.5m/s,進(jìn)出口平均溫度Tf=40℃,管壁溫度TW=47℃。試求水與管壁間的對(duì)流換熱系數(shù)？已知水在40℃解：湍流不需做溫差修正。由式（7.31）得題7-13、水流過長(zhǎng)L=5m的直管時(shí)，從被加熱到。管子的內(nèi)徑水在管內(nèi)的流速為2m/s,求對(duì)流換熱系數(shù)。已知水在30℃時(shí)物性參數(shù)為：解：湍流題7-14、一個(gè)大氣壓下，20℃下的空氣以15m/s的流速流過平板，板面溫度為60℃。求距板端0.5m處的對(duì)流換熱系數(shù)及單位板寬的傳熱量。查得℃），Pr=0.699。解：層流℃）設(shè)板寬為B,則題7-15、空氣正面橫掠外徑d=20mm的圓管?？諝饬魉贋?m/s。已知空氣溫度t0=20℃，管壁溫度tw=80已知溫度為50℃時(shí)，λm=2.83×10-2W/（m?！妫?，υm=17.95×10-6解：定性溫度查表知，當(dāng)Re=40~4000時(shí)，c=0.606，n=0.466，所以答：平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為.【題7-16】溫度為25℃的空氣，以7m/s的流速，分別橫掠水平圓管和外掠平板。已知水平圓管的外徑d為50mm，平板的長(zhǎng)為1m，外壁溫度均為155（已知90℃的空氣，λ=0.0313W/(m.℃)，υ=22.1×10-6解：定性溫度：（1）計(jì)算橫掠水平圓管的對(duì)流換熱系數(shù)橫掠水平圓管查表的c＝0.171，n＝0.618（2）計(jì)算外掠平板的對(duì)流換熱系數(shù)流動(dòng)屬于層流。外掠平板【題7-16】25℃的空氣以的速度流入平板，板長(zhǎng)寬均為1m,板溫為50℃，試計(jì)算距板端0.1m,0.5m解：查附錄7的25℃空氣的物性參數(shù)如下：,，（1）距板端的平板計(jì)算雷諾數(shù)故可采用式（7.24）計(jì)算對(duì)流換系數(shù)平板與空氣的對(duì)流換熱量為（2）距板端的平板計(jì)算雷諾數(shù)故可采用式（7.24）計(jì)算對(duì)流換系數(shù)平板與空氣的對(duì)流換熱量為（3）距板端的平板計(jì)算雷諾數(shù)故可采用式（7.24）計(jì)算對(duì)流換系數(shù)平板與空氣的對(duì)流換熱量為【題7-17】某一長(zhǎng)為1m,寬為0.5m熱板，在空氣中進(jìn)行冷卻（熱面朝上）。試求當(dāng)熱板表面溫度為300℃，環(huán)境溫度為20解：計(jì)算熱板自然對(duì)流散熱量，先必須確定乘積得數(shù)值，以判別流態(tài)而選用和得值定性溫度℃，查附錄7得相關(guān)物性參數(shù)為：,，空氣的體積膨脹系數(shù)按計(jì)算，故由此可算出：按表7.1處于湍流流態(tài)，，則于是平均換熱系數(shù)【題7-18】有一根水平放置的蒸汽管道穿過廠房，其保溫層外徑為583mm，外表面平均溫度為48℃。已知周圍空氣溫度為23解：定性溫度℃查附錄7有,，空氣的體積膨脹系數(shù)按計(jì)算，故按表7.1處于層流流態(tài)時(shí)，，，則于是平均對(duì)流換熱系數(shù)則每米長(zhǎng)保溫管道由自然對(duì)流引起的散熱量【題7-19】在穩(wěn)態(tài)工作條件下，20℃的空氣以流速橫掠外徑為50，管長(zhǎng)為3的圓管后，溫度增至40℃。已知橫貫內(nèi)均布電熱器消耗的電功率為1560W，試求橫管外側(cè)壁溫。解：定性溫度℃查附錄7有,由此算得雷諾數(shù)按表7.27及表7.2得于是平均對(duì)流換熱系數(shù)則橫管由自然對(duì)流引起的散熱量從而可以計(jì)算出橫管外側(cè)壁溫℃【題7-20】壓力為的空氣在內(nèi)徑為76的直管道內(nèi)強(qiáng)制流動(dòng)，入口溫度為65℃，入口體積流量為，管壁的平均溫度為180℃。試問將空氣加熱到115℃所需管長(zhǎng)。解：定性溫度℃查附錄7有,,,以管壁溫度為定性溫度，查得空氣的速度由此算得雷諾數(shù)流動(dòng)為湍流且溫差為90℃較大，采用式（7.33）計(jì)算于是平均對(duì)流換熱系數(shù)由熱平衡得代入數(shù)據(jù)為求得所需管長(zhǎng)【題7-21】15℃的空氣以10m/s的速度流過一塊平板的兩側(cè)，板長(zhǎng)為2m，寬為3m,平板溫度為100解：流體定性溫度查附錄7的有關(guān)物性參數(shù)如下,，，計(jì)算流體的雷諾數(shù)平板后部已達(dá)到湍流區(qū)，故采用式（7.25）計(jì)算于是平板平均換熱量為【題7-22】空氣溫度為20℃，流速為5m/s,當(dāng)對(duì)流換熱表面溫度都為60℃時(shí)，求下面兩種情況對(duì)流換熱系數(shù)的相對(duì)大?。海?）空氣縱掠長(zhǎng)為20cm的平板；（2））空氣橫掠直徑為解：流體定性溫度查附錄7的有關(guān)物性參數(shù)如下,，（1）縱掠長(zhǎng)為20cm的平板，計(jì)算流體的雷諾數(shù)按式（7.24）計(jì)算于是平板平均換熱系數(shù)為（2）橫掠直徑為20cm的圓柱，計(jì)算流體的雷諾數(shù)按式（7.27）計(jì)算于是圓柱平均換熱系數(shù)為【題7-23】直徑d=5cm,溫度為70℃的金屬棒水平放置在10解：計(jì)算金屬棒得平均換熱系數(shù)，先必須確定乘積得數(shù)值，以判別流態(tài)而選用和得值定性溫度℃，查附錄7得相關(guān)物性參數(shù)為：,，空氣的體積膨脹系數(shù)按計(jì)算，故由此可算出：按式（7.20）及表7.1得，，則于是平均換熱系數(shù)第8章輻射換熱題1、試分別計(jì)算溫度為2000K和5800K的黑體的最大單色輻射力所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。解：根據(jù)題2、試分別計(jì)算30℃和300解：30℃時(shí)，300℃時(shí)，題4、液氧儲(chǔ)存容器為下圖所示的雙壁鍍銀夾層結(jié)構(gòu)。已知鍍銀夾層外壁溫度內(nèi)壁溫度鍍銀壁的發(fā)射率試求容器壁每單位面積的輻射換熱量。題4示意圖液氧儲(chǔ)存容器解：因?yàn)槿萜鲓A層的間隙很小，本題可認(rèn)為屬于無限大平行平板間的輻射換熱問題。先算得兩表面的絕對(duì)溫度容器壁單位面積的輻射換熱量可用式（8.16）計(jì)算題5、在金屬鑄型中鑄造鎳鉻合金板鑄件。由于鑄件凝固收縮和鑄型受熱膨脹，鑄件和鑄型形成厚1mm的空氣隙。已知?dú)庀秲蓚?cè)鑄型和鑄件的溫度分別為300℃和600℃，鑄型和鑄件的表面發(fā)射率分別為0.8和0.67。試求通過氣隙的熱流密度。已知空氣在450解：由于氣隙尺寸很小，對(duì)流難以發(fā)展而可以忽略，熱量通過氣隙依靠輻射換熱和導(dǎo)熱兩種方式。輻射換熱量可用式（8.16）計(jì)算導(dǎo)熱換熱量可用式（6.12）計(jì)算通過氣隙的熱流密度=15400+16400=31800W/m2題6、為了減少鑄件熱處理時(shí)的氧化和脫碳，采用馬弗爐間接加熱鑄件。這種爐子有馬弗罩把罩外的燃?xì)馀c罩內(nèi)的物料隔開，馬弗罩如下圖所示。已知馬弗罩的溫度罩內(nèi)底架上平行放置一塊被加熱的1m長(zhǎng)的金屬棒材，棒材截面為50mm×50mm,棒材表面發(fā)射率試求金屬棒材溫度時(shí)馬弗罩對(duì)棒材的輻射換熱量。題6示意圖馬弗爐內(nèi)加熱物料示意圖1—馬弗罩；2—被加熱物料解：由于棒材的面積較馬弗罩的面積小得多，根據(jù)公式（見教材例8.2）其中因此，當(dāng)鋼棒溫度為400℃時(shí)，所接受的輻射熱為題7、將一根長(zhǎng)1m、直徑為2cm經(jīng)一般研磨的鋼棒投入1000℃的加熱爐內(nèi)，試求將鋼棒從20℃加熱到500℃解：鋼棒由于吸收了熱輻射，導(dǎo)致它的溫度上升，由于鋼棒的面積較爐膛的面積小得多，根據(jù)公式其中于是鋼棒投入爐內(nèi)時(shí)的熱輻射量為當(dāng)溫度升至500℃因此，鋼棒吸收的平均輻射熱為題10、一長(zhǎng)0.5m、寬0.4m、高0.3m的小爐窯，窯頂和四周壁溫度為300℃，發(fā)射率為0.8；窯頂溫度為150題10示意圖解：本題屬于有兩個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)（見教材圖8.6（c））.可用公式（8.19）求解。此情況下角系數(shù)由題給條件，得于是，窯頂和四周壁面對(duì)底面的輻射傳熱量為題11、某燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室壁面保持500℃，燃?xì)鉁囟葹?000℃，燃?xì)鈱?duì)包壁輻射的發(fā)射率解：本題為氣體與固體壁面間的輻射換熱，可直接用公式（8.32）求解題12、兩塊無限大的平行平板，其發(fā)射率均為0.6，溫度分別為648.9℃和426.6℃，兩平板間充滿了壓力為的CO2氣體，已知兩平板間距為76.2mm時(shí)的試求兩個(gè)平板間每平方米面積的輻射換熱量。解：由有解得本題為氣體與固體壁面間的輻射換熱，可直接用公式（8.32）求解題13、兩塊平行放置的鋼板，其間距遠(yuǎn)小于長(zhǎng)和寬，已知鋼板的溫度分別為500℃和25鋼板兩表面的自身輻射；鋼板兩表面間的輻射換熱。解：（1）溫度為500℃的鋼板的輻射力為：溫度為25℃的鋼板的輻射力為：（2）兩平板平行放置，，故則兩平板間的輻射換熱為：題15、一敞口面積為2m2的鋼液包，滿鋼水后，裝有200t的鋼液。已知開始液面溫度為1600℃，鋼液表面黑度為0.35，鋼液平均熱容為700J/(kg解：（1）開始瞬間鋼包口輻射散熱為：（2）開始時(shí)鋼液因輻射引起的降溫速率為：題16、外徑d=1m的熱風(fēng)管外表面溫度為227℃，置于露天環(huán)境中，環(huán)境溫度為27℃時(shí)該熱風(fēng)管每米管長(zhǎng)的輻射散熱量為多少？如果把風(fēng)管放在1.8m×1.8m的磚柱中，磚柱內(nèi)表面溫度還是解：（1）熱風(fēng)管每米管長(zhǎng)的輻射散熱量為（2）由于磚柱內(nèi)表面與熱風(fēng)管外表面相接觸，故，按式（8.16）計(jì)算輻射換熱為：與（1）相比，輻射散熱量減少了。題19、設(shè)保溫瓶的瓶膽可以看作直徑為10cm、高位26cm的圓柱體，夾層抽真空，夾層兩內(nèi)表面發(fā)射率均為0.05.試計(jì)算沸水剛注入瓶膽后，初始時(shí)刻水溫的平均下降速率。夾層兩壁壁溫可近似地取為100℃和20解：由于夾層間隔很小，所以?shī)A層兩表面可以看作式面積相等的，則，兩內(nèi)表面的輻射換熱率為：查附錄得100℃時(shí)，，根據(jù)熱平衡有因此題20、兩塊相距很近的相互平行的大平板1和2，溫度分別保持,。表面黑度分別為0.5，0.7，試求單位面積輻射換熱量Q.解：已知，則因此單位面積輻射換熱率為：題21、冷藏瓶由真空玻璃夾層所組成，在夾層的量相對(duì)面上鍍銀，黑度為0.05。內(nèi)層壁的外徑120mm，溫度為0℃；外層壁的內(nèi)徑為240mm,壁溫為27℃。玻璃夾層高解：先求角系數(shù)，所以玻璃夾層的輻射換熱率為：因此由于輻射換熱冷藏瓶每小時(shí)的傳熱量第