传热学习题.ppt
华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering工程传热学工程传热学明廷臻明廷臻能源与动力工程学院能源与动力工程学院华中科技大学华中科技大学12/13/20221华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2-20.过过热热蒸蒸汽汽在在外外径径为为127mm的的钢钢管管内内流流过过，测测蒸蒸汽汽温温度度套套管管的的布布置置如如图图所所式式。已已知知套套管管外外径径d=15 mm，厚厚度度=0.9 mm，导导热热系系数数=49.1 W/(m K)。蒸蒸汽汽与与套套管管间间的的表表面面传传热热系系数数h=105 W/(m2 K)。为为使使测测温温误误差差小小于于蒸蒸汽汽与与钢钢管管壁壁温温度度差差的的0.6%，试确定套管应有的长度。，试确定套管应有的长度。12/13/20222华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering解：解：12/13/20223华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering3-17.一一种种测测量量导导热热系系数数的的瞬瞬态态法法是是基基于于半半无无限限大大物物体体的的导导热热过过程程而而设设计计的的。设设有有一一块块厚厚金金属属，初初温温为为30，然然后后其其一一侧侧表表面面突突然然与与温温度度为为100的的沸沸水水相相接接触触。在在离离开开此此表表面面10 mm处处由由热热电电偶偶测测得得2 min后后该该处处的的温温度度为为65。已已知知材材料料的的密密度度为为2200 kg/m3，比比热热容容为为700 J/(kg K)，试试计计算算该该材料的导热系数。材料的导热系数。12/13/20224华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering解：解：查表查表 12/13/20225华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering3-18.夏夏天天高高速速公公路路的的路路面面在在日日光光长长时时间间的的曝曝晒晒下下可可达达50的的温温度度。假假设设突突然然一一阵阵雷雷雨雨把把路路面面冷冷却却到到20并并保保持持不不变变。雷雷雨雨持持续续了了10 min。试试计计算算在在此此降降雨雨期期间间单单位位面面积积上上所所放放出出的的热热量量。高高速速公公路路混混凝凝土土的的物物性性可可取取为为密密度度为为2300 kg/m3，导导热热系系数数为为 1.4 W/(m K)，比比热热容容为为880 J/(kg K)。作作为为一一种种估估算算，假假设设雷雷雨雨前前路路面面以以下下相相当当厚厚的的一一层层混混凝凝土土均均处处于于50，分分析析这这一一假假设设对对计算得到的放热量的影响。计算得到的放热量的影响。12/13/20226华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering解：公路在降雨期间单位面积所放出的热量解：公路在降雨期间单位面积所放出的热量随随着着厚厚度度增增加加，实实际际混混凝凝土土温温度度会会逐逐渐渐降降低，故该假设使得计算的结果偏大。低，故该假设使得计算的结果偏大。12/13/20227华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering4-19 温温度度30水水流流经经一一根根长长的的直直管管，管管内内径径0.3 m，水水流流平平均均速速度度为为0.3 m/s。试试计计算算：(1)摩摩擦擦系系数数；(2)壁壁面面切切应力；应力；(3)表面传热系数。表面传热系数。答：答：查表得：查表得：得得 属圆管内紊流换热。属圆管内紊流换热。12/13/20228华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering代入数据，代入数据，12/13/20229华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering6-15试试确确定定CO2的的发发射射率率。气气体体处处在在很很长长的的、直直径径为为0.6096m的的圆圆柱柱体体内内，其其温温度度为为1388K，CO2的的分分压压力力为为0.2105Pa，气气体体的总压力为的总压力为0.3105Pa。解解 平均射线程长平均射线程长 12/13/202210华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering查表查表 12/13/202211华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering 6-16 1388K的的燃燃烧烧烟烟气气，其其系系统统内内的的总总压压力力为为2105Pa，CO2的的分分压压力力为为0.08105Pa，H2O的的分分压压力力为为0.16105Pa，试试计计算算直直径径为为0.9144m的的长长圆圆柱柱烟烟道道中中，该该烟烟气气的的发发射射率。率。解：解：平均射线程长平均射线程长 12/13/202212华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering 查表：查表：代入得：代入得：12/13/202213华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2-19 长长度度为为L的的细细杆杆，两两端端连连接接在在温温度度分分别别保保持持t1和和t2的的壁壁上上，杆杆通通过过对对流流向向温温度度为为t的的环环境境散散热热。试试推推导导：（1）杆杆内内温温度度分分布布的表达式；（的表达式；（2）杆的总热损失？）杆的总热损失？解：解：（1）由肋片导热的微分方程式）由肋片导热的微分方程式 12/13/202214华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering又因为截面积不随又因为截面积不随x变化，所以方程变为变化，所以方程变为 其通解为其通解为 式中，式中，其边界条件为：其边界条件为：12/13/202215华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering将边界条件带入通解中，得将边界条件带入通解中，得 所以杆内温度分布为：所以杆内温度分布为：12/13/202216华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering（2）通通过过肋肋基基的的导导热热流流量量等等于于通通过过肋肋片片散散失失到到环环境境中中去去的的热热流流量量，故故肋肋片片的的散散热热量量可由傅里叶定律可由傅里叶定律 计算得出：计算得出：12/13/202217华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering3-20.图图示示钢钢圆圆柱柱的的直直径径D=0.3 m，长长度度L =0.6m，导导热热系系数数=30W/(m K)，热热扩扩散散率率a=6.25 10-6 m2/s，初初始始温温度度均均匀匀为为20C。若若把把圆圆柱柱放放入入炉炉温温为为l020、表表面面传传热热系系数数为为200 W/(m2 K)的的加加热热炉炉内内，试试问问加加热热14小小时时后后，中中心心1和和表表面面2、3、4各点的温度为多少各点的温度为多少?12/13/202218华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering5-63 压力为压力为1.013l05Pa的饱和水蒸汽，用的饱和水蒸汽，用水平放置的壁温为水平放置的壁温为90的铜管凝结。有下的铜管凝结。有下列两种选择列两种选择:用一根直径为用一根直径为l0cm的铜管或的铜管或用用l0根直径为根直径为lcm的铜管。试问：的铜管。试问：(1)这两种选择所产生的凝结水量是否相这两种选择所产生的凝结水量是否相同同?最多可以相差多少最多可以相差多少?(2)要使凝结水量的差别最大，小管径系要使凝结水量的差别最大，小管径系统应如何布置统应如何布置(不考虑容积的因素不考虑容积的因素)。(3)上述结论与蒸汽压力、铜管壁温是否上述结论与蒸汽压力、铜管壁温是否有关有关(保证两种布置的其他条件相同保证两种布置的其他条件相同)？12/13/202219华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering解：根据式（解：根据式（5-39）其他条件相同时其他条件相同时面积与温差的乘积相同，所以小管径系统的面积与温差的乘积相同，所以小管径系统的凝结水量最多可达大管径的凝结水量最多可达大管径的1.778倍。倍。12/13/202220华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering解：解：2）要使凝结水量的差别最大，小管径）要使凝结水量的差别最大，小管径系统应布置成每一根管子的凝结水量不落到系统应布置成每一根管子的凝结水量不落到其他管子上；其他管子上；3）上述结论与蒸汽压力、铜管壁温无关。）上述结论与蒸汽压力、铜管壁温无关。12/13/202221华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering5-66 今有一台由直径为今有一台由直径为20mm的管束所组成的的管束所组成的卧式冷凝器，管子成叉排布置。在同一竖排卧式冷凝器，管子成叉排布置。在同一竖排内的平均管排数为内的平均管排数为20，管壁温度为，管壁温度为15，凝，凝结压力为结压力为4.5l03Pa，试估算纯净水蒸汽凝结，试估算纯净水蒸汽凝结时管束的平均表面传热系数。时管束的平均表面传热系数。解：解：压力为压力为4.5103Pa对应的饱和蒸汽温度为对应的饱和蒸汽温度为30.8，=2427.8kJ/kg,液膜平均温度为液膜平均温度为tm=22.9,由附录查得由附录查得22.9液膜的物性参数液膜的物性参数为为 1=997.5/m3,Cp=4.18KJ/Kg.K,1=0.604w/(.K),1=945.310-6/m.s,Pr=6.56,v与与 1相差很大，取相差很大，取 v=012/13/202222华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering=3941.6w/.K12/13/202223华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering5-74一直径为一直径为3.5mm、长、长l00mn的机械抛光的机械抛光的薄壁不锈钢管，被置于压力为的薄壁不锈钢管，被置于压力为1.013105Pa的水容器中，水温已接近饱和的水容器中，水温已接近饱和温度。对该不锈钢管两端通电以作为加热温度。对该不锈钢管两端通电以作为加热表面。试计算当加热功率为表面。试计算当加热功率为l.9W及及l00W时，时，水与钢管表面间的表面传热系数值。水与钢管表面间的表面传热系数值。解：解：当加热功率为当加热功率为1.9W时，时，12/13/202224华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering这样低的热流密度仍处于自然对流换热阶这样低的热流密度仍处于自然对流换热阶段，设段，设则则物性值为：物性值为：12/13/202225华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering与与1758相差相差1.1%，计算有效。，计算有效。2）当）当Q=100W，12/13/202226华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering这时已进入核态沸腾区，根据公式这时已进入核态沸腾区，根据公式5-28得得12/13/202227华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering5-78 在实验室内进行压力为在实验室内进行压力为1.013105Pa的的大容器沸腾实验时，采用大电流通过小直径大容器沸腾实验时，采用大电流通过小直径不锈钢管的方法加热。为了能在电压不高于不锈钢管的方法加热。为了能在电压不高于220V的情形下演示整个核态沸腾区域，试的情形下演示整个核态沸腾区域，试估算所需的不锈钢管的每米长电阻应为多少。估算所需的不锈钢管的每米长电阻应为多少。设选定的不锈钢管的直径为设选定的不锈钢管的直径为3mm，长为，长为l00mm。解：解：1.013105Pa对应于对应于100饱和蒸汽，则饱和蒸汽，则=2256.6KJ/Kg，=58.710-3N/m,l=958.4kg/m3,v=0.6kg/m3,12/13/202228华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineeringqc=1108828.4 w/m2设每米电阻为设每米电阻为R,由由qcA=qcdl=U2/R,所以每米长电阻为所以每米长电阻为463.1 12/13/202229华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering8-5 换热器中热重油加热含水石油。重油换热器中热重油加热含水石油。重油的温度从的温度从280降到降到190，含水石油从，含水石油从20加热到加热到160。试求两液体顺流和逆。试求两液体顺流和逆流时的对数平均温差。假设传热系数流时的对数平均温差。假设传热系数k和和热流密度相同，问逆流与顺流相比加热面热流密度相同，问逆流与顺流相比加热面积减少多少？积减少多少？解：两流体顺流时，解：两流体顺流时，12/13/202230华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering逆流时逆流时当当K和热流密度相同时，逆流加热面积减少和热流密度相同时，逆流加热面积减少12/13/202231华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering8-8 在一次交叉流的换热器中，用锅炉的烟在一次交叉流的换热器中，用锅炉的烟气加热水。已知烟气进、出换热器的温度分气加热水。已知烟气进、出换热器的温度分别为别为250和和140，流量为，流量为2.5kg/s，Cp=1.09kJ/(kg.)，常压水的温度从，常压水的温度从20加加热到热到80，换热器的传热系数为，换热器的传热系数为190 W/(m2)。试用对数平均温差法和。试用对数平均温差法和-NUT法计算所需换热面积。法计算所需换热面积。解：采用对数温差法解：采用对数温差法12/13/202232华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering查表查表12/13/202233华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering采用效能采用效能-传热单元数法传热单元数法得得所以所以C1为小值为小值换热器的效能换热器的效能查图得查图得12/13/202234华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering8-16 80的油进入冷油器被水冷却到的油进入冷油器被水冷却到20离离开，冷油器的传热面积等于开，冷油器的传热面积等于7.5m2，传热系，传热系数为数为6000 W/(m2)。冷水进口温度为。冷水进口温度为10。油的流量为油的流量为8000kg/h，cp=2000J/(kg)。假设冷油器内两流体逆流流动，试求水的质假设冷油器内两流体逆流流动，试求水的质量流量。量流量。解：解：代入代入得得12/13/202235华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering得得查图得查图得由由得得12/13/202236
