传热学(第四版)例题

传热学例题2010/11/11例题1-1一块厚度=50mm的平板，两侧表面分别维持在=300℃,=100℃.试求下列条件下通过单位截面积的导热量:（1）材料为铜，（2）材料为钢，（3）材料为铬砖，（4）材料为硅藻土，1wt36.4()Wmk2.32()Wmk375()Wmk0.242()Wmk2wt解：铜：钢：鉻砖：硅藻土砖：62w1w23001003751.5010/0.05ttqWm52w1w230010036.41.4610/0.05ttqWm32w1w23001002.329.2810/0.05ttqWm22w1w23001000.2429.6810/0.05ttqWm例题1-2一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径d=583mm,外表面实测平均温度=48℃。空气温度=23℃，此时空气与管道外表面间的自然对流传热的表面传热系数h=3.42,保温层外表面的发射率=0.9。试求（１）此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式；（２）计算每米长度管道的总散热量。ftwt2()wmk解：此管道的散热有辐射传热和自然对流传热两种方式。把管道每米长度上的散热量记为。单位长度上的自然对流散热量为每米长度管子上的辐射换热量为lq,()lcwfqdhtdhtt3.140.5833.42(4823)156.5wm44,12()lrqdTT274.7wm于是每米长管道的总散热量为,,llclrqqq156.5274.7WmWm431.2Wm例题1-3一块发射率的钢板，温度为27℃，试计算单位时间内钢板单位面积上所发出的辐射能。解：钢板单位面积上所发出的辐射能为0.84824440.85.6710()(27273)qTWmKK2367.4Wm例题1-4对一台氟利昂冷凝器的传热过程作初步测算得到以下数据：管内水的对流传热表面传热系数，管外氟利昂蒸气凝结换热表面传数，换热管子壁厚。管子材料是导热系数的铜。试计算三个环节的热阻及冷凝器的总传热系数。欲增强传热应从哪个环节入手？218700()hWmK221800()hWmK1.5mm383()Wmk解：三个环节单位面积热阻的计算分别如下：水测换热面积热阻：管壁导热面积热阻：氟利昂蒸汽凝结面积热阻：4222115.56101800()mKWhWmK3621.5103.9210383()mmKWWmK4221111.15108700()mKWhWmK于是冷凝器的总传热系数为：氟利昂蒸汽侧的热阻在总热阻中占主要地位，它具有改变总热阻的最大能力。因此，要增强冷凝器的传热，应先从冷凝器侧入手，并设法降低这一环节的热阻值。2121148011kmKWhh例题1-5计算夏天与冬天站立在同为25℃的房间内的人体与环境间的换热量。站立的人体与空气间的自然对流换热表面传热系数取为2.6，人体衣着与皮肤的表面温度取为30℃，表面发射率为0.95。夏天室内墙面温度取为26℃，冬天取为10℃。解：换热面积人体冬天的总换热量：人体夏天的总换热量：同一室温下，冬天人体的散热是夏天的3倍多，怪不得冬天会觉得冷，而夏天则由于不能及时散热而感到热。22(3.130.251.753.140.254)1.42Ammm44int112()()werwfwwhAttATT18.5154172.544112()()summerwfwwhAttATT18.533.451.9例题2-1一锅炉炉墙采用密度为300的水泥珍珠岩制作，壁厚，已知内壁温度℃，外壁温度℃，试求每平方米炉墙每小时的热损失。解：为求平均导热系数，先算出材料的平均温度于是3kgm120mm1500t250t500502752CCtC(0.06510.000105275)()WmK(0.06510.0289)()WmK0.0940()WmK代入得每平方米炉墙的热损失为120.0940()()(50050)0.120WmKqttCCm2353Wm例题2-2一台锅炉的炉墙由三层材料叠合组成。最里面是耐火粘土砖，厚115mm;中间是B级硅藻土砖，厚125mm；最外层为石棉板，厚70mm。已知炉墙内、外表面温度分别为495℃和60℃，试求每平方米炉墙每小时的热损失及耐火砖与硅藻土砖分界面上的温度。解：经过几次迭代，得出三层材料的导热系数为代入得每平方米炉墙每小时的热损失为将此q值代入，求出耐火粘土砖与B级硅藻土砖分界面的温度为1115mm2125mm370mm11.12(),WmK20.116(),WmK30.116()WmK22143121234352441.78ttqWmWm212110.1154952444701.12()mttqCWmCWmK例题2-3已知钢板、水垢及灰垢的导热系数46.4、1.16及0.116，试比较厚1mm钢板、水垢及灰垢的面积热阻。解:平板的面积导热热阻,故有钢板水垢灰垢()WmK()WmK()WmKAR3521102.161046.4()AmRmKWWmK3421108.62101.16()AmRmKWWmK3321108.62100.116()AmRmKWWmK例题2-4在一个建筑物中，有如图2-11的结构。钢柱直径d=30mm,长度L=300mm,材料导热系数为，其两个端面分别维持在60℃与20℃，四周为建筑保温材料。计算通过钢柱的导热量。解：50()WmK22(6020)3.140.0350()40.3tKmAWmKm3.27W例题2-5为了减少热损失和保证安全工作条件，在外径为133mm的蒸汽管道外覆盖保温层。蒸汽管道外表面温度为400℃。按电厂安全操作规定，保温材料外侧温度不得超过50℃。如果采用水泥珍珠岩制品作保温材料，并把每米长管道热损失控制在之下，问保温层厚度应为多少毫米？l465Wm解：为求平均导热系数，先算出材料的平均温度从附录7查得导热系数为因为是已知的，要约定保温层厚度，须先求得，将式（2--31）改写成__400502252CCtC__()0.06510.0001050.0650.000105225WmKCt_0.0887()WmK1133dmm2d21122ln()()ddttl即于是保温层厚度为21212ln()lnmmdttdl220.087ln(40050)ln0.133465md0.4192.021.60120.202dm210.2020.1333422ddmmmm例题2-6压气机设备的储气筒里的空气温度用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量，如图2-17所示。已知温度计的读数为100℃，储气筒与温度计套管连接处的温度为，套管高H=140mm、壁厚、管材导热系数，套管外表面的表面传热系数。试分析：（1）温度计的读数能否准确的代表被测地点处的空气温度？（2）如果不能，分析其误差有多大？050tC1mm58.2()WmK229.1()hWmK据式（2--40）有归并整理得本例中，换热周长，套管截面积。于是，的值可按定义求出，即由数学手册查出。代入计算得0()fHfttttchmH0()()1HftchmHttchmH229.1()0.143.1358.2()0.001chPhWmKmHHHmAWmKmPdcAdmH3.1311.5chft10011.550104.711.51fCCtC例题2-7为了强化换热，在外径为25mm的管子上装有铝制矩形剖片的环肋，肋高H=15mm，厚。肋基温度为170℃，周围流体温度为25℃.设铝的导热系数，肋面的表面传热系数h=130，试计算每片肋的散热量。1.0mm200()WmK396.01055.1/200/1300155.01055.10125.0028.0001.024.25.120.280.285.155.125.122255.155.015220-221252232123251212121mKmWKmWmAhHmmmmrrAmmmmrrmmmmmmHrrmmmmrmmmmmmHHL的效率曲线计算：解：采用图)/(1300125.0028.02282.020-20222021220的乘积，即与肋效率为量每一个肋片的实际散热散热量为温度，一个肋片两面的如果整个肋面处于肋基。查得从图例题2-8图2-24示出了平板式太阳能集热器的一种简单的吸热板结构。吸热板面向太阳的一面涂有一层对太阳辐射吸收比很高的材料，吸热板的背面设置了一组平行的管子，其内通以冷却水以吸收太阳辐射，管子之间则充满绝热材料。吸热板的正面在接受太阳辐射的时同时受到环境的冷却，设净吸收的太阳辐射为q，表面传热系数为h,空气温度为t,管子与吸热板结合处的温度为，试写出确定吸热板中温度分布的数学描写并求解之。hqttAhPdxtdhkhqttAhPAPqtthPbdxdtsxttxhdxtdrcrccr220220,2;,00）得代入式（式可以写出分析的表达式。仿照前面的）中源项现在进一步导出式（式方程与边界条件为推导：肋片的导热微分221239-20,2;,00222200222smchsxmcheeeesHdxdsxxmdxtdhqttksmmxsmmxr列出。来代替即可，此处不再用解，而只要将其中的）显然就是这一问题的式（。于是得）成为齐次方程，定义为使式（例题2-9图2-27a给出了核反应堆中=原料元件散热的一个放大的筒型。该模型是一个三层平板组成的大平壁，中间为δ1=14mm的染料层，两侧均为δ2=6mm的铝板，层间接触良好。燃料层有=1.5×w/m3的内热源，λ1=35w/(m*k)铝板中无内热源其λ2=100w/(m*k)表面受到温度tf=150℃的高压水冷却表面传热系数h=3500w/(m2*k)不及计接触热阻，试确定稳定工况下染料层的最高温度，燃料层与铝板的界面温度及铝板的表面温度并定性画出简化模型中的温度分布分析；由于对成性，只要研究半个模型即可。燃料元件的最高温度必发生在其中心线上（X=0处）记为界面温度及为铝板表面温度计为在稳态工况下燃料元件所发生的热量必全部散失到流过铝板表面的冷却水中，而且从界面到冷却水所传递的热流量均相同，顾可定性的画出截面上的温度分布及从界面到冷却水的热阻如图2-27b所示。图中为铝板的导热热阻，为表面对流传热热阻，为从燃料元件进入铝板的热流密度假设（1）一维稳态导热（2）不计接触热阻（3）内热源强度为常数计算，据热平衡有107mmwwmq35371/05.1/5.12014.021010据热平衡有按牛顿冷却公式有即代入数值得按傅里叶定律有即代入数值,得按式（2-50）有讨论：图2-27b的热阻分析是从界面温度开始的，而不是从开始