傳熱學基礎復習資料

1、傳熱學根底一、填空題1、傳熱的根本方式有 熱傳導 、熱對流 和 熱輻射 三種.熱傳導、熱對流、熱輻射2、傳熱過程可分為不隨時間變化的 和隨時間變化的 .穩(wěn)態(tài)傳熱、非穩(wěn)態(tài)傳熱3、對流換熱實質是 和 兩種傳熱機理共同作用的結果.熱對流、導熱4、某瞬時物體內部各點溫度的集合稱為該物體的 ,其同溫度各點連成的 面稱為,其法線方向上溫度的變化率用表示 .溫度場、等溫面、溫度梯度5、當物質的種類一定時,影響導熱系數(shù)大小的外因主要是 和.6、表示物體的蓄熱量與界面上換熱量的比值稱為 .時間常數(shù)7、在湍流傳熱時,熱阻主要集中在 ,因此,減薄該層的厚度是強化 的重要途徑.層流內層、對流傳熱8、對流傳熱系數(shù)的主要

2、影響因素有(1) (2) (3)(4) (5) 乙流體的種類和相變化的情況；流體的性質；流體流動的狀態(tài)；流體流動的原因；穿熱面的形狀、分布和大小9、無相變時流體在圓形直管中作強制湍流傳熱,在 a =0.023人/diRe 08Prn公式中,n是為校正 的影響.當流體被加熱時,n取,被冷去時n取 o熱流方向、0.4、0.310、努塞爾特準數(shù)Nu表示 的準數(shù),其表達式為,普蘭特準數(shù)Pr表示 的準數(shù),其表達式為 .lC-對流傳熱系數(shù)、 Nu =、物性影響、Pr=J 九九11、蒸汽冷凝有 和 兩種方式.膜狀冷凝、滴狀冷凝12、雙層平壁定態(tài)熱傳導,兩層壁厚面積均相等,各層的導熱系數(shù)分別為兒1和,其對應的

3、溫度差為 純和純,假設鈍 純,那么匕和%的關系為.11 V 1 2二、簡做題1、何謂熱對流？何謂對流傳熱？對流換熱又可分為哪兩大類？答：熱對流是指流體中質點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞. 通常,對流傳熱是 指流體與固體壁面間的傳熱過程,它是熱對流和熱傳導的結合.它又可分為強制 對流和自然對流兩類.2、請簡述輻射換熱區(qū)別于導熱和熱對流方式最主要的特征.它是唯一一種非接觸的傳熱方式；它不僅產(chǎn)生能量轉移,而且還伴隨著能量形式 的轉換,即發(fā)射時從熱能轉換為輻射能,而被吸收時又從輻射能轉換為熱能.3、請簡述在非穩(wěn)態(tài)導熱過程中物體中溫度分布存在的兩個階段.(1)在第一階段內,溫度分布主要受初始溫度分布的限

4、制,此階段稱為非正規(guī) 狀況的階段.(2)當過程進行到一定的深度,物體中不同時刻的溫度分布主要取決于邊界條 件及物性,此時為第二階段,即正規(guī)狀況階段.4、假設熱流體走管內,冷流體走管外,兩流體通過間壁的傳熱包括那幾個過程？答：包括以下三個過程：(1)熱流體以對流傳熱方式將熱量傳給管內壁(2)熱量由內壁面以熱傳導方式傳給外壁面(3)熱量由外壁面以對流傳熱的方式傳給冷流體三、計算題1、一紅磚平面墻厚度為500mm,一側壁面溫度為200C ,另一側壁面溫度為30 C, 紅磚的導熱系數(shù)可取為0.57 W/ ( m C).求：(1)通過平壁的熱傳導通量q.(2) 平壁內距離高溫側350mm處的溫度,C.解

5、：(1)求q t1=200 C, t2=30C, b= 0.5mm,九二 0.57W/ (m C)單層平壁熱傳導通量q =t - t2200 - 302二194W/m0.50.57(2)設平壁內距離350mm處的溫度為t,那么有:200 -tq = = 194'0.350.57解得：t = 200 -194M035 =81 C0.572、用平板法測定固的導熱系數(shù).在平板一側用電熱器加熱,另一側用冷卻器冷卻,同時在板的兩側用熱電偶測量其外表溫度. 假設所測固體的外表積為0.01 m2, 厚度為20mm.實驗測得電流表讀數(shù)為0.58 A,伏特計t實數(shù)為100V ,兩側外表 的溫度分別為18

6、0c和30C.求：該材料的導熱系數(shù) 九.(1)由實驗測得的電流和電壓可求出導熱量 QQ = IV = 0.58W(2)由單層平壁熱傳導方程可求出'可得:2 .0.773W/ m2.CQb 58 0.02 sti -t2 - 0.01 180 -303、某爐壁由以下三種材料組成,內層是耐火磚,九i =1.4w/(m.C ), bi = 230mm ;中間是保溫磚,入2 = 0.15W /(m.C ), b2 = 115mm ;最外層是建筑磚,% =0.8W/(m.C ), b3 = 230mm.今測得其內壁溫度t1 = 900C ,外壁溫度t4 =80C.求(1)通過爐墻單位面積的熱損失

7、 w/m2 o (2)各層的溫差.(3)各層接觸面的溫度.(假設各層接觸良好)解：設t2為耐火磚和保溫磚之間接觸面的溫度.t3為保溫磚和建筑磚之間接觸面的溫度(1)由多層平壁定態(tài)熱傳導公式可以導出q：Q t1 -t4900 - 80820-Wq = = = = = 6732S b_ 燈 與0.23 0.115 0.23 0.164 0.767 0.288 m1.40.150.8(2) &1、&2、&3分別為耐火磚層,保溫磚層和建筑磚層的溫差.因是多層平壁的定態(tài)熱傳導,故 q1=q2=q3二q由 q =1 可得,：t1 = q = 673 = 110.6Cb11.4二:t

8、2 qq- -673 0115 =516.0C20.15=q.b3 =673 喳=193.5C3" 30.8(3) t2 =t1 - t1 =900 -110.6 =789.4Ct3 =t2 - t2 =789.4 -516.0 =273.4C 3224、平壁爐的爐壁由三種材料所組成,內層是耐火磚,斯=1.07W/(m.C ),bi =200mm;中間是絕緣磚,九2 =0.14W/(m.C ), b2 =100mm;最外層是鋼板,九3 =45W/(m.C ), b3=6mm.假設耐火磚層內外表溫度ti =1150C ,鋼板外外表溫 度t4=30C.求(1)導熱的熱通量q.(2)假設計

9、算結果與實驗的熱損失(300W/m2) 不符,分析原因并計算附加熱阻飛.解：(1)由三層平壁的定態(tài)熱傳導公式求qQ t1 -t41150-301120q =S b1%與0.20.10.0060.187 0.714 0.000133"7-I1.070.1445112021242W/m 0.901(1)計算結果：q >300W/m2 ,分析原因是：說明平壁層間接觸不良,有 空氣層存在,產(chǎn)生了附加熱阻 R附.即4 =j= 300代入數(shù)據(jù)得：bib2 b3 -一 一 一 . %寸 1' 2'32 .廠q= 300 解出 R =0.901= 2.83m '0.90

10、1+R附附 300W5、某平壁爐是由一耐火磚與一層普通磚砌成,兩層得厚度均為100mm,其導熱系數(shù)分別為0.9W/(m.C )及0.7W/(m. C ).待操作穩(wěn)定后,測得爐壁得內外表溫度 為700C,外外表溫度為130C.為減少熱損失,在普通磚的外外表砌一層厚度 為40mm,導熱系數(shù)為0.06W/(m.C )的保溫層,待操作穩(wěn)定后,又測得爐內外表 溫度為740C ,外外表溫度為90Co今設原來的兩層材料導熱系數(shù)不變.求：加 上保溫層后單位面1積爐壁的熱損失比原來減少的百分數(shù).解：(1)加保溫層前,單位面積爐壁的熱損失 5.此時,為兩層平壁的熱傳導：q二700-1300.1 0.1二 2240

11、W / m20.9 0.7(2)加保溫后,單位面積爐壁的熱損失為 q2,此時為三層平壁的熱傳導:q2 - Trr-b1b2b3-T- -i- 123740 - 902=760W/m2 0.1 0.1 0.04+ +0.9 0.7 0.06(3)增加保溫層后,熱損失比原來減少的百分數(shù)為:2240qi q2 100% = 2240 706 100% =68.5%qi6、有一直徑為432x3.5mm的鋼管,其長度為3m,管內壁溫度為100C,外壁溫度為 90 C.求該管的熱損失為多少KW 0 (鋼管的導熱系數(shù)為45W/(m.C )解：此題為單層圓筒壁的熱傳導,求熱損失可用式：Q=2y1 , 口-ln

12、 -r1式中各量為：r=0.0125m, r2=0.016m, L=3m, t1=100C, t2=90C 代入上式可得一2二 3 100 -90Q = = 34340W = 34.34KW10.016ln 45 0.01257、有一蒸汽管外徑為25mm,管外包以兩層保溫材料,每層厚度均為25mm,外層與內層保溫材料的導熱系數(shù)之比為%/%=4,此時的熱損失為Ql 0今將內外兩層材料互換位置,且設管外壁與保溫層外外表的溫度均不變,那么熱損失為 QL.求QL /Ql ,并說明何種材料放在里層為好.解： (1)蒸汽管外半徑r1 =25=12.5mm2內層保溫層外半徑 .=12.5 25 = 37.5

13、mm外層保溫層外半徑r3 =37.5 25 = 62.5mm % / % = 4 ,故 = 4,-1(2)當導熱系數(shù)小的材料包在里層時,熱損失 Ql為:2 二Lt1 工2二 Lt1 j8 二L % 工 11 21 3 - 1 37.51 62.5 -4.91ln In InIn:r12r2'112.5 4:37.5(3)當導熱系數(shù)大的材料包在里層時,熱損失 QL為:2 二LtiQi 二1 口1r3In In - 12 ri1 1 r22:Lti -t38 L ti -t3 i1 . 37.51 . 62.5 ;314In - In4112.5137.5(4)可求出：qL/Ql =491

14、 =1.56,說明在圓筒壁當采用兩種以上材料保溫 3.14時,為減少熱損失,應將 九小的材料包在里層為好.8、在一個*60 x3.5mm的鋼管外包有兩層絕熱材料,里面為40mm的氧化鎂粉,平均導熱系數(shù)為 0.07W/(m.C)；外層為20mm的石棉層,其平均導熱系數(shù)為 0.15 W/(m.C ),鋼的導熱系數(shù)為45W/(m.C ),現(xiàn)測出管內壁溫度為500C ,最外層溫度為80Co求(1)每米管長的熱損失.(2)兩層保溫層界面的溫度.(假 設層間接觸良好)(1)求每米管長的熱損失Q ,此為三層圓筒壁的熱傳導.L0.053 八八r1 = = 0.0265m, r2 = 0.0265 0.0035

15、 = 0.03m2：r3 = 0.03 0.04 = 0.07m, r4 = 0.07 0.02 = 0.09mt1 =500C, t4 =80C,代入下式:Q _2 二 t1 -t4%=45W/(m.C ), M =0.07W/(m.C ), % =0.15W/(m.C )2二 500 -801_0.031, 0.071 ,0.09In In In450.02650.070.030.150.0726380.0027 12.1 1.68= 191.4W/m(2)保溫層界面溫度t3,可按兩層圓筒壁導熱來計算:QLLnU,n四45 0.0265 0.07 0.032- 500 -13= 191.4

16、可解出500 -t3191.40.0027 僅1 ,t3=131.1C9、求絕壓為140 KPa,流量為1000 kg/h的飽和水蒸汽冷凝后并降溫到 60c時所放出的熱量.用兩種方法計算并比擬結果.140KPa水蒸汽的飽和溫度為109.2 C,冷凝熱為 2234.4 KJ / Kg ,始為 2692.1 KJ / Kg ； 60c 的水的始為251.21 KJ / Kg .解：(1)第一種方法Q=WhHh1_Hh2 二!0002692.1 -251.21 =678KW3600(2)第二種方法冷凝水的平均溫度為tm =匕上=109.2 60 =84.6C 22查出84.6 C下的水的比熱容為：C

17、p =4.201 KJ /(Kg.C )水蒸氣冷凝并降溫放出的熱量為：-10001000Q =Wh.r Whcph Ts -T22234.44.201 109.2 - 60 )= 678KWp36003600計算說明兩種方法結果一樣,但是第一種方法較簡單.10、將0.417 Kg/s、80c的有機苯,通過一換熱器冷卻到40C；冷卻水初溫為30C,出口溫度不超過 35Co假設熱損失可略,已查出在平均溫度下,硝基苯和水的比熱容分別為1.6 KJ/(Kg.C).求：(1)冷卻水用量m3/h? (2)在(1)題中如將冷卻水的流量增加到 6m3/h,問此時冷卻水的終溫將是多少?解：(1)當熱損失可略時,求We由 Q =WhCphE -T2 =WcCpct2 -L 整分可得Wc = 1.275Kg /sWhCph Ti -丁20.417 1.6 103 80 -40Cpc t2 -t14.187 103 35-3