热传导习题.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,传热问题与热传导,Q,二、热传导：傅立叶定律,一、传热速率,传热问题：过程传热速率,Q,？,温差串联,热阻串联,Ch4:5,F,603,铝合金管道,(,导热系数近似按钢管选取,),，外包一层厚,30mm,的石棉，再包一层,30mm,软木。石棉和软木的导热系数分别为,0.16W/m,和,0.04W/m,，,1),已知管内温度为,-110,，软木外侧温度为,10,，求单位管长上的冷量损失；,2),若降保温材料互换，假设互换厚石棉的外侧温度为,10,，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,10,。若否，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；,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；,Ch4:5,1),已知管内温度为,-110,，软木外侧温度为,10,，求单位管长上的冷量损失；,2),若降保温材料互换，假设互换厚石棉的外侧温度为,10,，求单位管长上的冷量损失；,t,o,=10,Q,t,i,=-110,Ch4:5,3),保温材料互换后，分析石棉外侧温度能否维持在,10,。若否，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；,b,t,o,=10,Q,t,i,=-110,t,a,=20,保温层的安排,气温下降时，保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？,b,b,1,2,Q,b,b,2,1,Q,保温层的临界厚度,保温层越厚，保温效果越好吗？,多层平壁厚度问题,一炉壁依次由三层不同的材料组成，三层的热导率分别为耐火砖,1,=1.7,，,绝热砖,2,=0.35,，,铁板,3,=40.7,（单位均为,W/m,）三层所耐受的最高温度分别为,t,1,=1450,，,t,2,=1100,，,t,3,=2000,，铁板厚为,6mm,已知内外壁的温度依次是,1350,和,220,，在稳定状态下，通过该炉壁的热流量为,q,为,4652 W/m,2,，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）,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/q,q=(t,4,-t,2,)/(R,3,-R,2,),厚壁长圆筒内半径和外半径分别为,r,1,和,r,2,，若维持内外表面温度,t,1,和,t,2,不变，圆筒材料的热导率与温度有关，且可表示为,=,0,（,1+,t,）。求：,（,1,）单位时间流过单位长度圆筒壁的热流量,（,2,）如果采用某一平均热导率,均,，代入热导率不变条件下推导所得的导热公式计算,，则于此,均对应的温度是多少？,分析,由傅立叶定律：,分离变量,由边界条件：,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,0.01m,2,and thickness 20 mm.the surface temperature of flat plate is measured by a,thermocouple,.,Heat quantity,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,.,solution,From the electrical current and voltage,the heat transfer rate can be calculated,Q=IV=0.58100,Temperature drop is,T=180-30=150,Heat transfer area and thickness of flat plate are,A=0.01 m,2,，,b=0.02m,Thus,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,（,1,）增加流速，（,a,为光滑管，摩擦系数遵循柏拉修斯式；,b,为粗糙管，流动为高度湍流）,（,2,）改变流体物性（,a,增加流体密度，粘度不变,;b,减小粘度，密度不变）,（,3,）减小管径（,a,流体平均流速保持不变,;b,流量保持不变）,使平均对流传热系数增加为原来的,n,倍，上述情况下，输送流体所消耗的功率增加多少倍？,由底图斯,-,贝尔特关联式,（,1,）空气以,5,m/s,的速度在内径为,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,700m,3,/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，,因此需要假设一个出口温度用试差法,某,溶液在蛇管冷却器中有,38,冷却至,8,，蛇管由,453.5mm,管四组并联而成，平均圈径约为,0.57m,，已知该溶液流量为,2.7m,3,/h,，其物性：密度,1200 kg/m,3,粘度为,2.2cP,，其余物性可以按照水的,0.9,选取，求该溶液在管中的表面传热系数,。,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,10,预热到,50,，预热器由一束长度为,1.5 cm,，内径为,89 mm,的,错列,直立钢管组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有,20,排，每排有,20,列，排间、列间的管中心距均为,110 mm,，空气通过管间最窄处的流速为,8,m/s,管内有饱和蒸汽冷凝。试求管壁对空气的表面传热系数。,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,x,1,/d=110/89,查相关的修正系数,补充：,同样的情况，但是现在是球体，试推导,球体的临界半径,