传热学第四版课后题答案第九章(8)

?Tg????g?CH2O?H?2O?T?w?0.45?Tg???CCO2?CO?2?T?w?0.450.65???，

0.65?823??823??g?1.05?0.056???1?0.051?????423??423??1.05?0.0756?0.0786?0.000?0.158。故

?0.000

?l??d?5.67??0.1319?8.234?0.158?4.234??3.1416?0.2?5.67??605.1?50.58??1976W/m。

4060?2.051976对流换热量是辐射换热量的倍。

m，炉墙面积A?1264m。燃烧产物中水9-56、已知：一电站锅炉，炉膛容积V?1200蒸气的体积分数（容积分数）为0.121，二氧化碳的体积分数为0.124，燃烧产物的平均温度

为1100℃，炉内压力为9.733?10Pa。 求：炉膛内烟气对包壁的平均辐射的发射率。 解：采用第二版式（6-54）来计算：

432s?3.6V1200133.322?730?3.6??3.42mPRO2?(0.121?0.124)??0.238bar3A126410，，

代入第二版式（6-55）得：

?0.78?1.6?0.121??1373??1k???0.1??1?0.37??0.245?0.117(bar?m)????1000??1.02?0.238?3.42?? ??1?e?0.117?3.42?0.972?1?e?0.3893?0.322；

如按式（8-31）查图，则??0.317，两者符合较好。

说明：由于黑度图线查取时的误差，习题55-58答案都是近视值，应允许适当范围的波动。 综合分析 9-57、已知：如图，一排平行布置的圆柱状电加热元件用来使炉墙的一个表面维持在500K，

W/(m?K)。炉该墙的外侧面绝热良好，而内侧受温度Tf?450K的流体冷却，h?200子的另一侧墙壁维持在温度300K。该加热元件及两个墙表面均可作为黑体。 求：加热元件表面的工作温度。 解：

2

对外侧绝热的表面作平衡分析，稳态时有：qch?qhc?qconv，

qch：加热元件与热表面间的换热； qhc：热表面与冷表面间辐射换热；

qconv：对流换热。

4444qconv?qch?qhc，于是有：h(Twh?Tf)?Acxch(Te?Twh)?0?xhc(Twh?Twc)?0，

2d?d???d?xhc?1?arccos????1???s?s????s?21?0.4arccos0.4?(1?0.4) =

????1210?10???10??1?arccos????1???25?25????25?2?2???

112?1?0.4?1.1593?0.9165?0.5472。

xch?1?xhc?1?0.5472?0.4528，

5004?0.4528(5004?3004)200?(500?450)?T??0.54725.67?10?8?0.5472

(625?81)?200?50?625?0.45288?108????10?0.5472??5.67?0.5472 8841592.3?3223.08??4815.4?10K。 ?10??4eTe?4.815.4?108?833K。

为维持Twh，Twc及f、h不变，改变s时对Te有什么影响？s?、Te?；s?、Te?。 9-58、已知：一燃烧试验设备的壁面上安置了一块圆形的耐热玻璃，直径为5cm，穿透比r=0.9，发射率??0.3，反射比??0。环境温度为20℃。玻璃温度是均匀的，其表面

2W/(m?K)。燃烧温度为1000k。 与壁面齐平，外表面的对流换热表面传热系数为9.6

T 求：玻璃的温度及散失到环境中的热量。

解：当玻璃处于稳态换热时，可以认为玻璃与炉膛间辐射换热中玻璃吸收的部分能量=外表面的自然对流换热+与环境间的辐射换热。

于是有：

??4?T?4????T?4???40.1?5.67?0.3??10??????5.67?0.3?????0.93??9.6(T?293)?100????????100???????，

?T?T?483.2?0.1949???100?，解得： t?148.58℃， 由此得：

散热量

43.1416?0.052??5.67?0.3?4.215?2.93?9.6(148.5?20)??3.23W4。

??43??9-59、已知：一种利用半导体材料直接进行发电的原理如图所示，位于中心的陶瓷管受内部燃气加热维持表面温度为1950K，半导体材料制成0的圆管，其外用导热

性能极好的金属层围住，金属层外用293K的冷却水予以冷却。陶瓷管与半导体表面之间为

d?0.35mdl?25mm，??0.95；??0.45。陶瓷管表面为漫灰体，半导体材料亦可视为漫灰体，

半导体材料输出的电功率是其所吸收的辐射能中??0.6~2.5?m范围内的辐射能的10%。

真空。

沿直径方向可视为无限长。

求：单位长度设备所能输出的电功率。

解：近视认为陶瓷外表面温度即为燃气温度，半导体表面温度即为冷却水温度。则内

??管表面与半导体表面之间形成两平行的换热系统。上的换热量为：

AL(Eb1?Ebo)1?l?AlA0?1????1????0?，单位外表面积

25/350?5.67?(19.54?2.934)????125?1?????rr11111??1??????1??1??1??0.95350?0.45??lr0??lr0???0???0?

0.07143?5.67?(144590?73.7)??51348.6?51.35kW/m21.0526?0.08730 。

AL/A0(Eb1?Eb0)r1/r0(Eb1?Eb0)由于功率

T0~Tl，?外表面的辐射换热量实际上等于所吸收的内表面的辐射换热量。 P??q(Fb(0~2.5?m)?Fb(0~0.6?m))。

Fb(0?2.5?m)?0.6079?Fb(0?0.6?m)63.41?60.79?0.75?0.6079?0.0098?61.77200%； 0.214?0.0916?0.000916??0.70?0.000916?0.001499?0.1773100%；

Fb(0?2.5?m)?Fb(0?0.6?m)=0.6177?0.001773=61.6%。

???0.1?51.35?0.616?3.16kW/m2。

2A?1?0.35?3.1416?1.0996m/m， 0单位长度外表面面积

?单位长度上功率为：3.16?1.0996?3.47kW/m。

W/m2，9-60、已知：在一个刮风的日子里，太阳投射到一幢大楼的平屋顶上的辐射能为980225W/(m?K)。天空可以看着屋顶与温度为25℃的气流间的对流换热的表面传热系数为

为-10℃的黑体。屋顶材料对太阳能的吸收比为0.6，自身发射率为0.2。

求：屋顶表面在稳态下的温度。

解：稳态下屋顶所吸收的太阳能等于其向环境的字让对流及辐射换热量，

??T?4?40.6?980?25?(T?298)?0.2?5.67?????2.33?100??????, 即：

?T?25T?8071.4?1.134???100??， 解得： T?318.2K。 由此得：

9-61、已知：煤粉炉炉膛中的水冷壁管常因其表面结渣儿使传热过程受到消弱。为估计结渣、结灰的影响采用以下简化的模型：外径为d1?50mm的水冷壁管内部发生流动沸腾过程，

4W/(m2?K)。火焰对饱和水温为600K。管外受T??1500K的烟气对流换热，h?100水冷壁管的辐射可以等效的看成为来自T??1500K的大空间的辐射。水冷壁管发射率

?r?0.8。（1）管外干净无灰渣；（2）管外结了一层均匀灰渣，厚??5mm，其导热系数

W/(m?K),灰渣表面发射率?d?0.9，其余条件不变。 为1 求：上表面两种情况下单位管子上水冷壁管从炉膛得到的热量。 解：

管内沸腾换热十分强烈，可近视地认为TWF?Tf?600K。 （1） 无灰垢时，单位长度管子上的换热量为：?l??lconv??lrad

4?lconv?Al?h?(T??Tl)，?lrad?Al?0?r(T??Tl4)，取Tl?600K，则有：

?lconv?l3.14?0.05?100?(1500?600)?14.13kW/m，

?lrad?l3.14?0.05?0.8?5.67?(154?64)?35.13kW/m，

?l??lconv??lrad?14.13?35.13?49.26kW/m。

（2） 表面结灰垢时，灰垢层热阻：对流辐射环节总热阻：

RA?lndd/d0ln60/500.1823???0.029032??d2?3.14?16.28，

?R?111???0.01827Alhcon?Alhrad15.70?39.0354.73，

结灰垢后的计算关键是要找出灰垢表面温度Td，它应满足一下关系式：

Td?6001500?Td?lndd/d01322Alhcon?Alhrad，其中hrad??d?0(T?2??d?T?Td?T?T??Td3)，

取Td?1300K计算之，

Td?1300K：

hrad?5.103?10?2?(3375?225?13?15?169?132)?563W/(m2?K).

?LCOB?1300?600?24113W/m0.02903，

)?200?2498.18W/m ?rnad?3.14?0.06?(100?563 ?lcoK， 又取Td?1305

.

hrad?5.103?10?2?(3375?225?13.05?15?169?13.052)?565.8W/(m2?K)?LCOB?1305?600?24285W/m0.02903，

W/m ?lcon?rad?3.14?0.06?(100?565.8)?185?24461两者的偏差已小于1%，取其平均值得结灰垢后的传热量为24.4kW/m。

9-62、已知：一种测定高温下固体材料导热系数的示意性装置如图所示，厚为?的方形试件（边长为b）被置于一大加热炉的炉底，其侧边绝热良好，顶面受高温炉的辐射加热，底面被温度为Tc的冷却水冷却，且冷却水与地面间的换热相当强烈。试件顶面的发射率为?，

表面温度Ts用光学高温测定。炉壁温度均匀，且为Tw。 测定在稳态下进行。

求：（1）导出试件平均导热系数计算式（设导热系数与温度呈线性关系）：

K、Tc?300K，（2）对于Tw?1400K、Ts?1000?s?0.85，??0.015m的情形，计算导热系数的值。

解：（1）在稳态工况下，试件顶面与炉膛的辐射换热量等于通过试件的导热量，且试件两表面温度分别为TS和Tc，故有：

4??0(Tw?Ts4)?(ts?tc)??，即

????0(Tw4?Ts4)ts?tc。

0.85?5.67?(144?104)?0.0105???2.93W/(m2?K)1000?300 （2）。

9-63、已知：如图，1、2两表面在垂直于纸面方向上为无限长。为了求得x12，有一个学生接了一个平行四边形并作出了假象表面1、2。他认为，由于表面1发出的辐射能

在到达表面2之前先要经过假象面1，因而有x12?x1\\2\\。1\\2\\可立即查表得出。

求：你是否同意这种看法，阐述你的理由，并用具体的例子说明之。

解：这种方法是不正确的，不能对假象表面随意地赋予具有角系数计算时所嘉定的那些表面特性。举例极速啊你如下：

设表面①、②宽度均为1，其间垂直距离为2。如图所示。

、、、x

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