传热作业第1,2章.doc

1-1 一炉子的炉墙厚130mm，总面积为25，平均导热系数为1w/m.k，内外壁温分别是550℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式 1-5 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度tw=72℃，空气温度tf=21℃，管子外径 d=15mm，加热段长400mm，输入加热段的功率46w，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式 即 所以 =47.87 W/(m.k) 1-4 在锅炉炉膛的水冷壁管子中有沸腾水流过，以吸收管外的火焰及烟气辐射给管壁的热量。试针对下列三种情况，画出从烟气到水的传热过程的温度分布曲线： 管子内外均干净； 管内结水垢，但沸腾水温与烟气温度保持不变； 管内结水垢，管外结灰垢，沸腾水温及锅炉的产气率不变。 解： 1-6 半径为0.5 m的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为0.75。航天器内电子元件的散热总共为170W。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。 解：电子原件的发热量＝航天器的辐射散热量即： =188.956K 2-4 双层玻璃窗系由两层厚为6mm的玻璃及其间的空气隙所组成，空气隙厚度为6mm。假设面向室内的玻璃表面温度与室外的玻璃表面温度各为20℃及-20℃，试确定该双层玻璃窗的热损失。如果采用单层玻璃窗，其他条件不变，其热损失是双层玻璃的多少倍？玻璃窗的尺寸为500mm*500mm不考虑空气间隙中的自然对流。玻璃的导热系数为0.78。空气的导热系数为0.0224。 解：双层时 单层时 2-7 在一根外径为100mm的热力管道外拟包覆两层绝热材料，一种材料的导热系数为0.06，另一种为0.12，两种材料的厚度都取为75mm，试比较把导热系数小的材料紧贴管壁，及把导热系数大的材料紧贴管壁这两种方法对保温效果的影响，这种影响影响对于平壁的情形是否存在？假设在两种做法中，绝热层内外表面的总温差保持不变。 解：将导热系数小的材料紧贴壁管 将导热系数大的材料紧贴壁管则 故导热系数小的材料紧贴管壁时，散热量小，故其保温效果好。 若为平壁，则平壁 由于所以不存在此问题。 2-8 一直径为d长为l的圆杆，两端分别与温度为及的表面接触，杆的导热系数为常数。试对下列两种情形列出杆中温度的微分方程式及边界条件，并求解之： 杆的侧面是绝热的； 杆的侧面与四周流体间有稳定的对流换热，平均表面传热系数为h，流体温度小于及。 解：①当杆侧面绝热时，此杆相当于一块厚为l的无限大平板 因而有，边界条件为： 解微分方程得： ② 当杆的侧面与周围流体有对流换热时，对流换热量相当于负内热源所吸收的热，故有 ，边界条件为： 解微分方程得： 代入边界条件得： 解得 代入通解经整理后 2-9 一厚为的大平板具有均匀内热源，X=0及X=处的表面分别与温度为的流体进行对流换热，表面传热系数分别为h1及h2。试导出平板中温度分布的解析表达式，并据此导出温度最高点的位置。对于h1=h2,tf1＝tf2及h1=h2,tf1tf2的情形定性地画出平板中的温度分布曲线。 解：温度场的数学描写为， 边界条件 此式的通解为 常数c1,c2由边界条件确定，分别为 平板中温度最高点处满足 由此解得 对于tf1tf2的情形，平板中的温度分布定性的示于右图中 2-10 在温度为260℃的壁面上伸出一根纯铝的圆柱形肋片，直径d=25mm，高H=150mm。该柱体表面受温度16℃的气流冷却，表面传热系数h=15。肋端绝热。试计算该柱体的对流散热量。如果把柱体的长度增加一倍，其他条件不变，柱体的对流散热量是否也增加了一倍？从充分利用金属的观点来看，是采用一个长的肋好还是采用两个长度为其一半的较短的肋好？ 解：取 又 则 显然，当其他条件不变时H＇ 由上述结果可知长度增加一倍而散热量没有增加一倍，因此从充分利用金属的观点，采用长度为其一半的较短的肋较好。 2-12 两块不同材料的平板组成如附图所示的大平板。两板的面积分别为,导热系数分别为。如果该大平板的两个表面分别维持在均匀的温度，试导出通过该大平板的导热热量计算式。 解： 热阻是并联的，因此总热阻为 导热总热量：