传热学基础复习资料

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传热学基础一、填空题1、传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。热传导、热对流、热辐射2、传热过程可分为不随时间变化的和随时间变化的。稳态传热、非稳态传热3、对流换热实质是和两种传热机理共同作用的结果。热对流、导热4、某瞬时物体内部各点温度的集合称为该物体的,其同温度各点连成的面称为,其法线方向上温度的变化率用表示。温度场、等温面、温度梯度5、当物质的种类一定时,影响导热系数大小的外因主要是和。6、表示物体的蓄热量与界面上换热量的比值称为。时间常数7、在湍流传热时,热阻主要集中在,因此,减薄该层的厚度是强化的重要途径。层流内层、对流传热8、对流传热系数的主要影响因素有(1)(2)(3)(4)(5)。流体的种类和相变化的情况;流体的性质;流体流动的状态;流体流动的原因;穿热面的形状、分布和大小9、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热,在α=0.023λ/diRe0.8Prn公式中,n是为校正的影响。当流体被加热时,n取,被冷却时n取。热流方向、0.4、0.310、努塞尔特准数Nu表示的准数,其表达式为,普兰特准数Pr表示的准数,其表达式为。对流传热系数、lNu、物性影响、PCPr11、蒸汽冷凝有和两种方式。膜状冷凝、滴状冷凝12、双层平壁定态热传导,两层壁厚面积均相等,各层的导热系数分别为1和2,其对应的温度差为1t和2t,若1t2t,则1和2的关系为。12二、简答题1、何谓热对流?何谓对流传热?对流换热又可分为哪两大类?答:热对流是指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递。通常,对流传热是指流体与固体壁面间的传热过程,它是热对流和热传导的结合。它又可分为强制对流和自然对流两类。2、请简述辐射换热区别于导热和热对流方式最主要的特征。它是唯一一种非接触的传热方式;它不仅产生能量转移,而且还伴随着能量形式的转换,即发射时从热能转换为辐射能,而被吸收时又从辐射能转换为热能。3、请简述在非稳态导热过程中物体中温度分布存在的两个阶段。(1)在第一阶段内,温度分布主要受初始温度分布的控制,此阶段称为非正规状况的阶段。(2)当过程进行到一定的深度,物体中不同时刻的温度分布主要取决于边界条件及物性,此时为第二阶段,即正规状况阶段。4、若热流体走管内,冷流体走管外,两流体通过间壁的传热包括那几个过程?答:包括以下三个过程:(1)热流体以对流传热方式将热量传给管内壁(2)热量由内壁面以热传导方式传给外壁面(3)热量由外壁面以对流传热的方式传给冷流体三、计算题1、一红砖平面墙厚度为500mm,一侧壁面温度为200℃,另一侧壁面温度为30℃,红砖的导热系数可取为0.57/W(m℃)。求:(1)通过平壁的热传导通量q。(2)平壁内距离高温侧350mm处的温度,℃。解:(1)求q已知2001t℃,302t℃,mmb5.0,57.0/W(m℃)单层平壁热传导通量221/19457.05.030200mWbttq(2)设平壁内距离350mm处的温度为t,则有:19457.035.0200tq解得:81℃57.035.0194200t2、用平板法测定固的导热系数。在平板一侧用电热器加热,另一侧用冷却器冷却,同时在板的两侧用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.012m,厚度为20mm。实验测得电流表读数为0.58A,伏特计读数为100V,两侧表面的温度分别为180℃和30℃。求:该材料的导热系数。(1)由实验测得的电流和电压可求出导热量QWIVQ58.0(2)由单层平壁热传导方程可求出由sbttQ21可得:℃./773.03018001.002.058221mWttsQb3、某炉壁由下列三种材料组成,内层是耐火砖,℃./4.11mW,mmb2301;中间是保温砖,℃./15.02mW,mmb1152;最外层是建筑砖,℃./8.03mW,mmb2303。今测得其内壁温度℃9001t,外壁温度℃804t。求(1)通过炉墙单位面积的热损失2/mW。(2)各层的温差。(3)各层接触面的温度。(假设各层接触良好)解:设2t为耐火砖和保温砖之间接触面的温度。3t为保温砖和建筑砖之间接触面的温度。(1)由多层平壁定态热传导公式可以导出q:233221141673288.0767.0164.08208.023.015.0115.04.123.080900mWbbbttSQq(2)1t、2t、3t分别为耐火砖层,保温砖层和建筑砖层的温差。因是多层平壁的定态热传导,故qqqq321由111btq可得,℃6.1104.123.0673111bqt℃0.51615.0115.0673.222bqt℃5.1938.023.0673.333bqt(3)℃4.7896.110900112ttt℃4.2730.5164.789223ttt4、平壁炉的炉壁由三种材料所组成,内层是耐火砖,℃./07.11mW,mmb2001;中间是绝缘砖,℃./14.02mW,mmb1002;最外层是钢板,℃./453mW,mmb63。若耐火砖层内表面温度℃11501t,钢板外表面温度℃304t。求(1)导热的热通量q。(2)若计算结果与实验的热损失(2/300mW)不符,分析原因并计算附加热阻附R。解:(1)由三层平壁的定态热传导公式求q000133.0714.0187.0112045006.014.01.007.12.030115033221141bbbttSQq2/1242901.01120mW(1)计算结果:2/300mWq,分析原因是:说明平壁层间接触不良,有空气层存在,产生了附加热阻附R。即30033221141附Rbbbttq代入数据得:300901.01120=附Rq解出WmR℃=-=附283.2901.030011205、某平壁炉是由一耐火砖与一层普通砖砌成,两层得厚度均为100mm,其导热系数分别为℃./9.0mW及℃./7.0mW。待操作稳定后,测得炉壁得内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。为减少热损失,在普通砖的外表面砌一层厚度为40mm,导热系数为℃./06.0mW的保温层,待操作稳定后,又测得炉内表面温度为740℃,外表面温度为90℃。今设原来的两层材料导热系数不变。求:加上保温层后单位面1积炉壁的热损失比原来减少的百分数。解:(1)加保温层前,单位面积炉壁的热损失1q。此时,为两层平壁的热传导:22211311/22407.01.09.01.0130700mWbbttq(2)加保温后,单位面积炉壁的热损失为2q,此时为三层平壁的热传导:232211412/76006.004.07.01.09.01.0907403mWbbbttq(3)增加保温层后,热损失比原来减少的百分数为:%5.68%10022407062240%100121qqq6、有一直径为mm5.332的钢管,其长度为3m,已知管内壁温度为100℃,外壁温度为90℃。求该管的热损失为多少KW。(已知钢管的导热系数为45℃./mW)解:本题为单层圆筒壁的热传导,求热损失可用式:1221ln12rrttLQ式中各量为:mr0125.01,mr016.02,mL3,℃1001t,℃902t代入上式可得KWWQ34.34343400125.0016.0ln45190100327、有一蒸汽管外径为25mm,管外包以两层保温材料,每层厚度均为25mm,外层与内层保温材料的导热系数之比为4/12,此时的热损失为LQ。今将内外两层材料互换位置,且设管外壁与保温层外表面的温度均不变,则热损失为LQ。求LLQQ/,并说明何种材料放在里层为好。解:(1)蒸汽管外半径mmr5.122251内层保温层外半径mmr5.37255.122外层保温层外半径mmr5.62255.373已知4/12,故124(2)当导热系数小的材料包在里层时,热损失LQ为:91.485.375.62ln415.125.37ln12ln1ln12131113123212131ttLttLrrrrttLQLW(3)当导热系数大的材料包在里层时,热损失LQ为:14.385.375.62ln15.125.37ln412ln1ln12131113123112231ttLttLrrrrttLQLW(4)可求出:LLQQ/56.114.391.4,说明在圆筒壁当采用两种以上材料保温时,为减少热损失,应将小的材料包在里层为好。8、在一个mm5.360的钢管外包有两层绝热材料,里面为mm40的氧化镁粉,平均导热系数为0.07℃./mW;外层为20mm的石棉层,其平均导热系数为0.15℃./mW,钢的导热系数为45℃./mW,现测出管内壁温度为500℃,最外层温度为80℃。求(1)每米管长的热损失。(2)两层保温层界面的温度。(假设层间接触良好)(1)求每米管长的热损失LQ,此为三层圆筒壁的热传导。已知:℃,℃,,,8050009.002.007.007.004.003.003.00035.00265.00265.02053.0414321ttmrmrmrmr℃./451mW,℃./07.02mW,℃./15.03mW代入下式:mWrrrrrrttLQ/4.19168.11.120027.0263807.009.0ln15.0103.007.0ln07.010265.003.0ln451805002ln1ln1ln1234323212141(2)保温层界面温度3t,可按两层圆筒壁导热来计算:4.19103.007.0ln07.010265.003.0ln4515002ln1ln12323212131trrrrttLQ可解出℃1.131,21.120027.04.19150033tt9、求绝压为140KPa,流量为1000hkg/的饱和水蒸汽冷凝后并降温到60℃时所放出的热量。用两种方法计算并比较结果。已知140KPa水蒸汽的饱和温度为109.2℃,冷凝热为2234.4KgKJ/,焓为2692.1KgKJ/;60℃的水的焓为251.21KgKJ/。解:(1)第一种方法KWHHWQhhh67821.2511.2692360010002,1,(2)第二种方法①冷凝水的平均温度为℃6.842602.10922tttsm查出84.6℃下的水的比热容为:℃./201.4KgKJcp②水蒸气冷凝并降温放出的热量为:KWTTcWrWQsphhh678602.109201.4360010004.223436001000.2计算表明两种方法结果一样,但是第一种方法较简单。10、将0.417sKg/、80℃的有机苯,通过一换热器冷却到40℃;冷却水初温为30℃,出口温度不超过35℃。假设热损失可略,已查出在平均温度下,硝基苯和水的比热容分别为1.6℃./KgKJ。求:(1)冷却水用量hm/3?(2)在(1)题中如将冷却水的流量增加到6hm/3,问此时冷却水的终温将是多少?解:(1)当热损失可略时,求eW由可得分21221ttcWTTcWQpccphh分2/59.4/4590/275.1303510187.44080106.1417.

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