【正文】 氣機(jī)所需的功率。解：(1) 可逆絕熱壓縮壓氣機(jī)所需的技術(shù)功為：功率：壓氣機(jī)出口溫度：(2) 功率： 78一空氣壓縮制冷裝置，冷藏室的溫度為－10176。C,環(huán)境溫度為15176。C，，試求制冷系數(shù)、1kg空氣的制冷量及制冷裝置所消耗的功。解： 制冷系數(shù)：膨脹機(jī)出口溫度：制冷量： 放熱量：耗功：79 一可逆卡諾制冷循環(huán)，制冷系數(shù)e=4, 問高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩吹臏囟戎仁嵌嗌伲咳绻斎牍β适?kW,問制冷量為多少？如果將其用作熱泵，求供熱系數(shù)以及所提供的熱量為多少？解：因?yàn)橹评湎禂?shù)為： 制冷量： 供熱系數(shù)：供熱量： 710某采用節(jié)流閥的氨壓縮制冷裝置，其中壓縮機(jī)的理論功率為50kW,氨的蒸發(fā)溫度為－15176。C,流出壓縮機(jī)時(shí)為干飽和氨蒸氣，飽和溫度為25176。C，問此裝置的制冷量為多少kJ/h?解：查表得到：h3=h4=536kJ/kgh1=1532kJ/kg h2=1703kJ/kg流量： 制冷量：711冬天，可利用710題所述的氨壓縮制冷裝置改裝成熱泵，用于室內(nèi)取暖。此時(shí)，蒸發(fā)器放在室外，氨從室外冷空氣吸收熱量Q2。同時(shí)將冷凝器放在室內(nèi)，讓氨蒸氣凝結(jié)放出熱量Q1,以加熱室內(nèi)空氣，設(shè)室外大氣平均溫度為－10176。C，室內(nèi)溫度為20176。C，當(dāng)向室內(nèi)供熱Q1=8104kJ/h時(shí)，這個(gè)裝置所消耗的功率和響應(yīng)的供熱系數(shù)為多少？如果直接用電爐發(fā)出相同的熱量供暖，電爐的功率應(yīng)是多少kW?解：查表得到：h1=1670kJ/kg h2=1820kJ/kgh3=h4=512kJ/kg 由 得流量為：m=耗功：供熱系數(shù)：電爐功率：712一空氣壓縮式熱泵，從室外大氣吸收熱量向室內(nèi)供熱，以保證冬季室內(nèi)維持20176。C。若大氣平均溫度為－5176。C，供熱量為106kJ/h,空氣的CP=()、k=,壓縮機(jī)的增壓比為10，求熱泵消耗的功率及供熱系數(shù)。解: 供熱系數(shù)：耗功率：713某制冷機(jī)，以HFC134a為工質(zhì)。蒸發(fā)器溫度為－20176。C，壓縮機(jī)入口為干飽和蒸氣，冷凝器內(nèi)的冷凝溫度為30176。C，工質(zhì)被冷凝為飽和液體后進(jìn)入節(jié)流閥，若制冷量為1kW，求此制冷循環(huán)的制冷系數(shù)、壓縮機(jī)的功率及制冷劑流量。解：查表得到：h1=495kJ/kg h2=540kJ/kgh3=h4=240kJ/kg 流量：功率：714冬季取暖所用的某熱泵，以HFC134a為工質(zhì)。壓縮機(jī)入口為干飽和蒸氣，工質(zhì)在冷凝器內(nèi)被冷凝為飽和液體后進(jìn)入節(jié)流閥。設(shè)室外溫度為－10176。C, 如欲維持室內(nèi)溫度為20176。C，熱泵的供熱系數(shù)為多少？如果維持室內(nèi)溫度為30176。C，供熱系數(shù)為多少？從舒適與經(jīng)濟(jì)兩方面，室內(nèi)溫度以多少為宜。解：(1)室內(nèi)溫度20176。C查表得到：h1=500kJ/kg h2=525kJ/kgh3=h4=225kJ/kg (2)室內(nèi)溫度為30176。C：查表得到：h2=550kJ/kgh3=h4=240kJ/kg 所以，應(yīng)該保持室內(nèi)溫度為20176。C。 第八章習(xí) 題 81. 一大平板，高3m，寬2m，厚 ，導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/(mK)，兩側(cè)表面溫度分別為℃、℃，試求該板的熱阻、熱流量、熱流密度。 解：解：由傅立葉導(dǎo)熱定律： 熱阻 m 熱流量 熱流密度 82. 空氣在一根內(nèi)徑50mm，已知空氣平均溫度為80℃，管內(nèi)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 K) ，熱流密度為W/m2，試求管壁溫度及熱流量。 解：由牛頓冷卻公式：得到 83. 一單層玻璃窗，寬1m，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為 W/(mK)，室內(nèi)外的空氣溫度分別為20℃和5℃，室內(nèi)外空氣與玻璃窗之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為 W/(m2 K)和 W/(m2 K)，試求玻璃窗的散熱損失及玻璃的導(dǎo)熱熱阻、兩側(cè)的對(duì)流換熱熱阻。解：對(duì)流換熱計(jì)算公式： 導(dǎo)熱熱阻為： 內(nèi)側(cè)對(duì)流換熱熱阻為： 外側(cè)對(duì)流換熱熱阻為：84. 如果采用雙層玻璃窗，玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室內(nèi)外的對(duì)流換熱條件與13題相同，雙層玻璃間的空氣夾層厚度為5mm，夾層中的空氣完全靜止，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為 W/(mK)。試求玻璃窗的散熱損失及空氣夾層的導(dǎo)熱熱阻。解：對(duì)流換熱計(jì)算公式： 空氣夾層的導(dǎo)熱熱阻為：85. 有一厚度為400mm的房屋外墻，熱導(dǎo)率為 W/(mK)。冬季室內(nèi)空氣溫度為℃，和墻內(nèi)壁面之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 K)。室外空氣溫度為10℃，和外墻之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 K)。如果不考慮熱輻射，試求通過墻壁的傳熱系數(shù)、單位面積的傳熱量和內(nèi)、外壁面溫度。解：傳熱系數(shù) 熱流通量為： 由得到： 86. 如果冬季室外為大風(fēng)天氣，室外空氣和外墻之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 K)，其它條件和題15相同，并假設(shè)室內(nèi)空氣只通過外墻與室外有熱量交換，試問：要保持室內(nèi)空氣溫度不變，需要多大功率的電暖氣?解：傳熱系數(shù) 熱流通量為： 為了維持室內(nèi)溫度不變。必須保證電暖氣的散熱量等于通過墻壁的換熱量，所以電暖氣的功率為第九章91 一冷庫(kù)的墻由內(nèi)向外由鋼板、礦渣綿和石棉板三層材料構(gòu)成， mm、150 mm和10 mm，熱導(dǎo)率分別為45 W/(mK)、 W/(mK) W/(mK)。冷庫(kù)內(nèi)、外氣溫分別為2 176。C和30 176。C，冷庫(kù)內(nèi)、外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為2 W/(m2K)和3 W/(m2K)。為了維持冷庫(kù)內(nèi)溫度恒定，試確定制冷設(shè)備每小時(shí)需要從冷庫(kù)內(nèi)取走的熱量。解:根據(jù)多層復(fù)壁及對(duì)流換熱計(jì)算公式:所以為了維持冷庫(kù)內(nèi)溫度恒定，需要從冷庫(kù)內(nèi)每小時(shí)取走的熱量為： 92 爐墻由一層耐火磚和一層紅磚構(gòu)成，厚度都為250 mm， W/(mK) W/(mK)，爐墻內(nèi)外壁面溫度分別維持700 176。C和80 176。C不變。（1）試求通過爐墻的熱流密度；（2） W/(mK)的珍珠巖混凝土保溫層代替紅磚層并保持通過爐墻的熱流密度及其它條件不變，試確定該保溫層的厚度。解：根據(jù)多層復(fù)壁導(dǎo)熱計(jì)算公式: 由得到： 93 有一爐墻，厚度為20 cm， W/(mK)，為使散熱損失不超過1500 W/m2 , W/(mK)的保溫層。已知復(fù)合墻壁內(nèi)外兩側(cè)壁面溫度分別為800 176。C和50 176。C，試確定保溫層的厚度。解：根據(jù)多層復(fù)壁導(dǎo)熱計(jì)算公式: 得到： 圖243 習(xí)題24附圖94 圖243為比較法測(cè)量材料熱導(dǎo)率的裝置示意圖。標(biāo)準(zhǔn)試件的厚度 mm，熱導(dǎo)率 W/(mK)；待測(cè)試件的厚度 mm。試件邊緣絕熱良好。穩(wěn)態(tài)時(shí)測(cè)得壁面溫度 176。C、 176。C、 176。C。忽略試件邊緣的散熱損失。試求待測(cè)試件的熱導(dǎo)率。解：根據(jù)題意： 得到： 95 有一3層平壁，各層材料熱導(dǎo)率分別為常數(shù)。已測(cè)得壁面溫度 176。C 、 176。C 、 176。C 及 176。C。試比較各層導(dǎo)熱熱阻的大小并繪出壁內(nèi)溫度分布示意圖。解：根據(jù)題意： 得到： 即96 熱電廠有一外徑為100 mm的過熱蒸汽管道（鋼管），用熱導(dǎo)率為 W/(mK)的玻璃綿保溫。已知鋼管外壁面溫度為400 176。C，要求保溫層外壁面溫度不超過50 176。C，并且每米長(zhǎng)管道的散熱損失要小于160 W，試確定保溫層的厚度。解：根據(jù)圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算公式： 解得 所以保溫層厚度為97 某過熱蒸汽管道的內(nèi)、外直徑分別為150 mm和160 mm ，管壁材料的熱導(dǎo)率為45 W/(mK)。管道外包兩層保溫材料：第一層厚度為40 mm， W/(mK)；第二層厚度為50 mm， W/(mK)。蒸汽管道內(nèi)壁面溫度為400 176。C，保溫層外壁面溫度為50 176。C。試求：（1）各層導(dǎo)熱熱阻；（2） 每米長(zhǎng)蒸汽管道的散熱損失；（3）各層間的接觸面溫度。解： 根據(jù)圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算公式： 由得到： 圖244 習(xí)題28附圖98 有一直徑為d、長(zhǎng)度為l的細(xì)長(zhǎng)金屬圓桿，其材料熱導(dǎo)率為常數(shù)，圓桿兩端分別與溫度為的表面緊密接觸，如圖244所示。桿的側(cè)面與周圍流體進(jìn)行對(duì)流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，流體的溫度為，且。試寫出圓桿內(nèi)溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述。解：邊界條件： 換熱方程： 99 已知98題中的 mm、 mm、 W/(mK)、 176。C、 176。C、 176。C、 W/(m2K)。試求每小時(shí)金屬桿與周圍流體間的對(duì)流換熱量。解：對(duì)上題的計(jì)算公式進(jìn)行積分計(jì)算，可以得到： 其中：有：代入計(jì)算即可得解。910 測(cè)量?jī)?chǔ)氣罐內(nèi)空氣溫度的溫度計(jì)套管用鋼材制成，熱導(dǎo)率為 W/(mK)，套管壁厚 mm，長(zhǎng) mm。溫度計(jì)指示套管的端部溫度為80 176。C，套管另一端與儲(chǔ)氣罐連接處的溫度為40 176。C。已知套管與罐內(nèi)空氣間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為5 W/(m2K)。試求由于套管導(dǎo)熱引起的測(cè)溫誤差。解: 忽略測(cè)溫套管橫截面上的溫度變化，并認(rèn)為套管端部絕熱，則套管可以看成是等截面直肋，測(cè)溫誤差為 根據(jù)（2－47） 套管截面面積，套管換熱周長(zhǎng)， 查附錄13得到： 911 同上題，若改用熱導(dǎo)率 W/(mK)、 mm的不銹鋼套管，其它條件不變，試求其測(cè)溫誤差。解：解: 忽略測(cè)溫套管橫截面上的溫度變化，并認(rèn)為套管端部絕熱，則套管可以看成是等截面直肋，測(cè)溫誤差為 根據(jù)（2－47） 套管截面面積，套管換熱周長(zhǎng)， 查附錄13得到： 方法如上。 912 熱電偶的熱接點(diǎn)可以近似地看作球形，已知其直徑 mm、材料的密度 kg/m比熱容 J/(kgK)。熱電偶的初始溫度為25 176。C，突然將其放入120 176。C的氣流中，熱電偶表面與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為90 W/(m2K)，試求：（1）熱電偶的時(shí)間常數(shù)；（2）熱電偶的過余溫度達(dá)到初始過余溫度的1%時(shí)所需的時(shí)間。解:先判斷能否用集總參數(shù)法： 由得到: 由得到: 計(jì)算得到: 913 將初始溫度為80 176。C、直徑為20 mm的紫銅棒突然橫置于溫度位20 176。C、流速為12 m/s的風(fēng)道中冷卻，5分鐘后紫銅棒的表面溫度降為34 176。C。已知紫銅棒的密度 kg/m比熱容 J/(kgK)、熱導(dǎo)率 W/(mK)，試求紫銅棒表面與氣體間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解: 由得到: ，可以用集總參數(shù)法計(jì)算。 由得到: 計(jì)算得到: 914 將一塊厚度為5 cm、初始溫度為250 176。C的大鋼板突然放置于溫度為20 176。C的氣流中，鋼板壁面與氣流間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100 W/(m2K)，已知鋼板的熱導(dǎo)率 W/(mK)、熱擴(kuò)散率 m2/s，試求：（1） cm處的溫度；（2）鋼板表面溫度達(dá)到150 176。C時(shí)所需的時(shí)間。解：這是一個(gè)一維平板非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的問題，由得到: ，可以用集總參數(shù)法計(jì)算。 由得到: 計(jì)算得到: 由得到: 計(jì)算得到: 915 一直徑為50 mm的細(xì)長(zhǎng)鋼棒，在加熱爐中均勻加熱到溫度為400 176。C后取出，突然放入溫度為30 176。C的油浴中，鋼棒表面與油之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為500 W/(m2K)。已知鋼棒材料的密度 kg/m比熱容 J/(kgK)、熱導(dǎo)率 W/(mK)。試求：（1）10分鐘后鋼棒的中心和表面溫度；（2）鋼棒中心溫度達(dá)到180 176。C時(shí)所需的時(shí)間。解：（1）由得到: 查圖表得到： 即 即 （2）由查表得到： 由計(jì)算得到916 如圖245所示，一個(gè)橫截面尺寸為200 mm的二維導(dǎo)熱物體，邊界條件分別為：左邊絕熱；右邊與接觸的流體對(duì)流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為50 W/(m2K)，流體溫度為20 176。C；上邊維持均勻的溫度400 176。C；下邊被常熱流加熱，熱流密度為1500 W/m2。已知該物體的熱導(dǎo)率為45 W/(mK)。采用均勻網(wǎng)格， mm，試用數(shù)值方法計(jì)算該物體的溫度分布。圖245 習(xí)題216附圖917 一塊厚度為200 mm的大平壁，初始溫度為30 176。C，突然一側(cè)壁面以每小時(shí)溫升5 176。C的規(guī)律加熱，另一側(cè)壁面絕熱。已知平壁的熱擴(kuò)散率為 m2/s，試計(jì)算平壁的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱進(jìn)入正規(guī)狀況階段時(shí)平壁內(nèi)的溫度分布。解：此題用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。第十章101水和空氣都以速度 m/s分別平行流過平板，邊界層的平均溫度