傳熱學(xué)經(jīng)典試題及答案1.題目：熱傳導(dǎo)問(wèn)題已知一長(zhǎng)方體物體，尺寸為2m×1m×0.5m，其表面溫度為300K，內(nèi)部溫度分布為T(mén)(x,y,z)=300+50x+20y+10z（單位：K）。物體表面與周?chē)h(huán)境溫度為200K，環(huán)境對(duì)物體表面的對(duì)流換熱系數(shù)為20W/(m2·K)。求物體內(nèi)部的溫度分布。2.題目：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題一無(wú)限大平板，初始溫度分布為T(mén)(x,0)=100sin(πx/2)（單位：K）。平板與周?chē)h(huán)境溫度為300K，環(huán)境對(duì)平板的對(duì)流換熱系數(shù)為100W/(m2·K)。求平板內(nèi)部的溫度分布。3.題目：對(duì)流換熱問(wèn)題一圓形管道，內(nèi)徑為0.1m，流體為空氣，入口溫度為300K，出口溫度為250K。流體流速為10m/s，對(duì)流換熱系數(shù)為100W/(m2·K)。求管道內(nèi)的平均溫度。4.題目：相變換熱問(wèn)題一水冷壁，壁厚為0.01m，壁面溫度為300K，冷卻水入口溫度為20℃，出口溫度為30℃。冷卻水流量為0.5kg/s，比熱容為4.18kJ/(kg·K)。求水冷壁的熱損失。5.題目：輻射換熱問(wèn)題一黑體表面溫度為1000K，與一溫度為500K的灰體表面相距1m?；殷w的發(fā)射率為0.8。求黑體向灰體輻射的熱量。6.題目：傳熱過(guò)程與換熱器問(wèn)題一殼管式換熱器，殼程為水，入口溫度為100℃，出口溫度為80℃。管程為空氣，入口溫度為300K，出口溫度為250K。水流量為1kg/s，空氣流量為0.5kg/s。求換熱器的傳熱系數(shù)。7.題目：傳熱應(yīng)用問(wèn)題一太陽(yáng)能熱水器，集熱面積為2m2，集熱管材料為銅，壁厚為0.01m。集熱管表面溫度為100℃，周?chē)h(huán)境溫度為20℃。求太陽(yáng)能熱水器的集熱效率。二、答案1.解答：（1）根據(jù)傅里葉定律，物體內(nèi)部的熱傳導(dǎo)方程為：?2T/?x2+?2T/?y2+?2T/?z2=α(?T/?t)（2）邊界條件：T(0,y,z)=300+50x+20y+10zT(2,y,z)=300+50x+20y+10zT(x,0,z)=300+50x+20y+10zT(x,1,z)=300+50x+20y+10zT(x,y,0)=300+50x+20y+10zT(x,y,0.5)=300+50x+20y+10zT(x,y,z)=300+50x+20y+10z（3）初始條件：T(x,y,0)=300+50x+20y+10z（4）求解方程，得到物體內(nèi)部的溫度分布。2.解答：（1）根據(jù)傅里葉定律，物體內(nèi)部的熱傳導(dǎo)方程為：?2T/?x2+?2T/?y2+?2T/?z2=α(?T/?t)（2）邊界條件：T(x,0)=100sin(πx/2)T(x,1)=100sin(πx/2)T(x,y,z)=300+50x+20y+10z（3）初始條件：T(x,0)=100sin(πx/2)（4）求解方程，得到平板內(nèi)部的溫度分布。3.解答：（1）根據(jù)牛頓冷卻定律，對(duì)流換熱方程為：q=hA(T_f-T_s)（2）邊界條件：T_f=300KT_s=250KA=πdL=π×0.1×1=0.314m2h=100W/(m2·K)（3）求解方程，得到管道內(nèi)的平均溫度。4.解答：（1）根據(jù)相變換熱方程，水冷壁的熱損失為：Q=mcp(T_i-T_o)（2）邊界條件：T_i=300KT_o=20℃m=0.5kg/scp=4.18kJ/(kg·K)（3）求解方程，得到水冷壁的熱損失。5.解答：（1）根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律，黑體向灰體輻射的熱量為：Q=σεA(T_h^4-T_g^4)（2）邊界條件：σ=5.67×10??W/(m2·K?)ε=0.8A=πr2=π×0.52=0.785m2T_h=1000KT_g=500K（3）求解方程，得到黑體向灰體輻射的熱量。6.解答：（1）根據(jù)殼管式換熱器傳熱方程，傳熱系數(shù)為：U=(1/h_1A_1+1/h_2A_2)^(-1)（2）邊界條件：h_1=1000W/(m2·K)A_1=πdL=π×0.1×1=0.314m2h_2=100W/(m2·K)A_2=πdL=π×0.1×1=0.314m2（3）求解方程，得到換熱器的傳熱系數(shù)。7.解答：（1）根據(jù)太陽(yáng)能熱水器集熱效率公式，集熱效率為：η=(Q_0-Q_1)/Q_0（2）邊界條件：Q_0=σεA(T_h