传热学课堂例题.doc

绪论： 思考题：（课本） 6．冬夏室内温度相同，穿衣不同 人对冷暖的感觉主要取决于散热量的大小。 冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。 因此在室内温度相同的情况下，冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此人体在冬季通过与墙壁的辐射换热的散热量比夏季要大得多。 因此冬季要穿厚一些的绒衣，增大导热热阻，来减少散热。 9．暖水瓶 热水——内层内侧：对流换热 内层内侧——内层外侧：导热 内层外侧——外层内侧：热辐射 外层内侧——外层外侧：导热 外层外侧——空气：对流换热 保温措施：a .夹层抽真空，消除对流换热； b.夹层内两侧镀银，减少辐射换热。 第二章 补充题： 例1：用一平底壶烧开水，壶底与水接触面的温度为111oC，通过壶底的热流密度为42400，如在壶底结一层水垢厚3mm，，此时水垢层与水接触面上的温度和通过的热流密度均不变，计算： 水垢层与壶底接触面上的温度； 单位面积上的导热热阻。 解（1） （2） 分析： 水垢层热阻比金属层热阻大得多。换热器中要及时清除水垢。 （铝的导热系数：，， δ=0.711m,即相当于0.711m厚的铝的热阻。） 例2：野外工作者常用纸制容器烧水，设厚为0.2mm的纸的，水侧沸腾换热，容器用1100oC的火焰加热，火焰与纸面的，若纸的耐火温度为200oC，证明：该纸制容器能耐火。 证明： 思考：从耐火角度考虑，纸厚好还是薄好？ 例3：人对冷热的感觉以皮肤表面的热损失作为衡量依据。设人体脂肪层的厚度为3mm，其内表面温度为36℃且保持不变，冬季的某一天，气温为-15℃，无风条件下，裸露的皮肤外表面与空气的表面传热系数为25w/（㎡·K），某一天刮风天时，表面传热系数为65w/（㎡·K），人体脂肪层的导热系数为0.2W/m·k，试确定： （1）要使无风天的感觉与某风速时气温-15℃时的感觉一样，则无风天气温是多少？ （2）在同样是-15℃的气温下，无风天和某风速刮风天，人皮肤单位面积上的热损失之比是多少？ （按大平壁处理） 解：（1） （2） 例4：厚度为10cm的大平壁，通过电流时（内热源强度发热率为3×104W/m3，平壁的一个表面绝热，另一表面裸露于25℃的空气之中，若空气与壁面之间的表面传热系数为50W（㎡·0℃），壁的导热系数为3W（m·℃）确定壁中的最高温度。 分析：确定温度分布，应由导热微分方程及单值性条件。 解： 方程通解： (b)(c)代入（a） 例5:采用导热系数不同厚度相同的两层保温材料给管道保温，为了减小热损失，应将导热系数大还是导热系数小的材料靠近管壁布置？ （设两种保温材料导热系数分别为λ1、λ2，管道外径，保温材料厚度都为δ） 解：设λ1λ2，则导热系数是λ1的材料在靠近管子时，两层保温材料热阻表达式 导热系数是λ2的材料在靠近管子时，两层保温材料热阻表达式 两者相减，得 0 0 0(ln(1+x)是增函数) 结论：应把导热系数小（即保温性能好的靠近管子布置） 例6:焊接工人利用直径为3mm，长为0.4m，导热系数为40的焊条进行焊接，焊缝表面温度为800oC，焊条周围空气温度为25oC，表面传热系数为4，假定人手能承受的温度为60oC，问人手至少应握何处？ 解：近似看作一维等截面直肋的稳态导热问题 设手握焊条处与焊接点之间距离为x 例:P53第25题 解：实际是求出tf，确定tf与84℃之间的误差。保护套管相当于流道内壁面上的肋片，套管根部，相当于肋基，套管端部相当于肋端，而且任一截面处截面积相等，可应用等截面直肋的公式。由（2-36） 测温误差较大，显然不令人满意。 分析：要减小测温误差，可以采取的措施 （1）在连接处予以保温 （2）增大ch(ml)，即ml增大。 a:增大l 增大h b：增大m 选用λ小的材料制作套管 （=） 减小管壁厚度 因此，第26题给定条件，使测温误差减少 第三章 例： 1、在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s。从传热学角度，你认为此值可信吗？ 解：由时间常数的关系式 ，在一定条件下，p、c、v、A可以为是常数，但表面传热系数h却是与具体过程有关的过程量，与测温元件安装的具体环境的换热条件有关，因此，对该说明书上表明的时间常数要进行具体分析，不能盲目相信。 2、两块厚度为30mm的无限大平板，初始温度为20℃，分别用铜和钢制成。平板突然放入60℃流体中，且两侧表面温度突然上升到60℃，计算使两板中心温度均上升到56℃时，两板所需时间之比。铜和钢的热扩散率分别为103×10-6㎡/S，12.9×10-6㎡/S。 解：一维瞬态非稳态导热无限大平板内的温度分布有如下形式： 要使温度相同，只需F0数相