热传导习题.ppt

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1、传热问题与热传导传热问题与热传导Q二、二、热传导：傅立叶定律热传导：傅立叶定律一、传热速率一、传热速率传热问题：过程传热速率传热问题：过程传热速率Q？温差串联温差串联热阻串联热阻串联Ch4:5F F603铝铝合合金金管管道道(导导热热系系数数近近似似按按钢钢管管选选取取)，外外包包一一层层厚厚30mm的的石石棉棉，再再包包一一层层30mm软软木木。石石棉棉和和软软木木的的导导热热系数分别为系数分别为0.16W/m和和0.04W/m，1)已知管内温度为已知管内温度为-110，软木外侧温度为，软木外侧温度为10，求单位管，求单位管长上的冷量损失；长上的冷量损失；2)若降保温材料互换，假设互换厚石棉

2、的外侧温度为若降保温材料互换，假设互换厚石棉的外侧温度为10，求单位管长上的冷量损失；求单位管长上的冷量损失；3)保温材料互换后，分析石棉外侧温度能否维持在保温材料互换后，分析石棉外侧温度能否维持在10。若。若否，温度变化为多少？冷量损失变化为多少？设大气温否，温度变化为多少？冷量损失变化为多少？设大气温度为度为20，互换前后空气对外壁的对流传热系数不变；，互换前后空气对外壁的对流传热系数不变；4)分析导热系数大的材料放在内层和外层对冷量损失的影响；分析导热系数大的材料放在内层和外层对冷量损失的影响；Ch4:51)已知管内温度为已知管内温度为-110，软木外侧温度为，软木外侧温度为10，求单位

3、，求单位管长上的冷量损失；管长上的冷量损失；2)若降保温材料互换，假设互换厚石棉的外侧温度为若降保温材料互换，假设互换厚石棉的外侧温度为10，求单位管长上的冷量损失；求单位管长上的冷量损失；to=10Qti=-110Ch4:53)保温材料互换后，分析石棉外侧温度能否维持在保温材料互换后，分析石棉外侧温度能否维持在10。若。若否，温度变化为多少？冷量损失变化为多少？设大气温度为否，温度变化为多少？冷量损失变化为多少？设大气温度为20，互换前后空气对外壁的对流传热系数不变；，互换前后空气对外壁的对流传热系数不变；bto=10Qti=-110ta=20保温层的安排保温层的安排气温下降时，保暖性好的衣

4、服穿在里面好，还是穿在外面好？气温下降时，保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？bb 1 2Qbb 2 1Q 保温层的临界厚度保温层的临界厚度保温层越厚，保温效果越好吗？保温层越厚，保温效果越好吗？多层平壁厚度问题多层平壁厚度问题一炉壁依次由三层不同的材料组成，三层的热导率分别一炉壁依次由三层不同的材料组成，三层的热导率分别为耐火砖为耐火砖 1 1=1.7=1.7，绝热砖绝热砖 2 2=0.35=0.35，铁板铁板 3 3=40.7=40.7（单（单位均为位均为W/mW/m）三层所耐受的最高温度分别为）三层所耐受的最高温度分别为t t1 1=1450=1450，t t2 2=1100=11

5、00，t t3 3=2000=2000，铁板厚为，铁板厚为6mm,6mm,已知内外壁的温已知内外壁的温度依次是度依次是13501350和和220220，在稳定状态下，通过该炉壁，在稳定状态下，通过该炉壁的热流量为的热流量为q q为为4652 W/m4652 W/m2 2，试问各层厚度为多少时，试问各层厚度为多少时，才能使壁的厚度最小？（假设各层接触良好）才能使壁的厚度最小？（假设各层接触良好）分析:（1）由于自内而外，温度递减，因此第一层材料不会出现问题（2）在温差一定的情况下，导热系数越小的材料占的厚度越多，能使壁厚最小（尽可能多的用保温材料）（3）但是又受制于其耐受的温度。结论：当导热系数

6、最小的那个材料达到最高允许温度时，总壁厚为最小。第一层材料厚度将必须保证温度降低到该温度：b=t/qq=(t4-t2)/(R3-R2)厚壁厚壁长圆长圆筒内半径和外半径分筒内半径和外半径分别为别为r r1 1和和r r2 2，若，若维维持内外表持内外表面温度面温度t t1 1和和t t2 2不不变变，圆圆筒材料的筒材料的热导热导率与温度有关，且可表率与温度有关，且可表示示为为=0 0（1+1+t t）。求：）。求：（1 1）单单位位时间时间流流过单过单位位长长度度圆圆筒壁的筒壁的热热流量流量（2 2）如果采用某一平均）如果采用某一平均热导热导率率 均均，代入，代入热导热导率不率不变变条件条件下推

7、下推导导所得的所得的导热导热公式公式计计算算，则则于此于此 均均对应对应的温度是多的温度是多少？少？分析分析由傅立叶定律：由傅立叶定律：分离分离变变量量由由边边界条件：界条件：将推动力提出，分母即为热阻An experiment is carried out to measure the thermal conductivity of flat plate with surface area 0.01m2 and thickness 20 mm.the surface temperature of flat plate is measured by a thermocouple.Heat qu

8、antity input into the flat plate is measured by ampere meter voltmeter.The temperatures of both sides of flat plate are 180 and 30 respectively.If the readings of ampere meter voltmeter are respective 0.58A and 100 V,what is the thermal conductivity of flat plate,heat flux,and heat flow.solutionFrom

9、 the electrical current and voltage,the heat transfer rate can be calculatedQ=IV=0.58100Temperature drop is T=180-30=150 Heat transfer area and thickness of flat plate areA=0.01 m2，b=0.02mThus,From Foruiers law：q=Q/A;Hence:=0.773流体在某一长直圆管内做强制湍流流动，若流体在某一长直圆管内做强制湍流流动，若（1 1）增加流速，（）增加流速，（a,a,为光滑管，摩擦系数遵循

10、柏拉修斯为光滑管，摩擦系数遵循柏拉修斯式；式；b,b,为粗糙管，流动为高度湍流）为粗糙管，流动为高度湍流）（2 2）改变流体物性（）改变流体物性（a,a,增加流体密度，粘度不变增加流体密度，粘度不变;b,;b,减小减小粘度，密度不变）粘度，密度不变）（3 3）减小管径（）减小管径（a,a,流体平均流速保持不变流体平均流速保持不变;b,;b,流量保持不流量保持不变）变）使平均对流传热系数增加为原来的使平均对流传热系数增加为原来的n n倍，上述情况下，输倍，上述情况下，输送流体所消耗的功率增加多少倍？送流体所消耗的功率增加多少倍？由底图斯由底图斯-贝尔特关联式贝尔特关联式（1）空气以 5 m/s的

11、速度在内径为60 mm的管内流过，管长为3 m。如果空气的平均温度是100，试求空气在管内流动时的对流传热系数（2）0.1 MPa的空气在内径为10 cm，长为4 m的铜管内通过，入口温度是15，流量为700m3/h（标准状况），管壁面温度恒定为150，求空气的出口温度。由于空气的出口温度未知，无法确定物性数据及平均流速，由于空气的出口温度未知，无法确定物性数据及平均流速，因此需要假设一个出口温度用试差法因此需要假设一个出口温度用试差法某某溶液在蛇管冷却器中有溶液在蛇管冷却器中有3838冷却至冷却至8 8，蛇管由，蛇管由 453.5mm453.5mm管四管四组组并并联联而成，平均圈径而成，平均

12、圈径约为约为0.57m0.57m，已知，已知该该溶液流量溶液流量为为2.7m2.7m3 3/h/h，其物性：密度，其物性：密度1200 kg/m1200 kg/m3 3,粘度粘度为为2.2cP2.2cP，其余物性可以按照水的，其余物性可以按照水的0.90.9选选取，求取，求该该溶液在管中溶液在管中的表面的表面传热传热系数系数。解：解：先确定速度，然后获得Re，计算Pr常数，得到对流传热系数。结果对吗？还需要对过渡状态和弯管做修正！将常压空气从将常压空气从1010预热到预热到5050，预热器由一束长度为，预热器由一束长度为1.5 1.5 cmcm，内径为，内径为89 mm89 mm的的错列错列直

13、立钢管组成。空气在管外垂直立钢管组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有直流过，沿流动方向共有2020排，每排有排，每排有2020列，排间、列间列，排间、列间的管中心距均为的管中心距均为110 mm110 mm，空气通过管间最窄处的流速为，空气通过管间最窄处的流速为 8 8 m/sm/s,管内有饱和蒸汽冷凝。试求管壁对空气的表面传热管内有饱和蒸汽冷凝。试求管壁对空气的表面传热系数。系数。分析分析先确定定性温度获得空气的物理性质计算雷诺数判断流型计算普兰特常数由x1/d=110/89,查相关的修正系数补充：补充：同样的情况，但是现在是球体，试推导同样的情况，但是现在是球体，试推导球体的临界半径球体的临界半径