傳熱學(xué)課件分解

傳熱學(xué)課件分解第一頁，共21頁。對(duì)于無限大平板內(nèi)的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，試說明在三類邊界條件中，兩側(cè)面邊界條件的哪些組合可以使平板中的溫度場(chǎng)獲得確定的解？（習(xí)題2-5,p89）解：

2+2除外的所有組合

第一頁第二頁，共21頁。在某一產(chǎn)品的制造過程中，在厚1.0mm的基板上緊貼了一層透明的薄膜，其厚度為0.2mm。薄膜表面有一股冷卻氣流流過，其溫度tf＝20℃，對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h＝40W/(m2●K)。同時(shí)，有一股輻射能q透過薄膜投射到薄膜與基板的結(jié)合面上，如附圖所示?；宓牧硪幻婢S持在溫度t1=30℃。生產(chǎn)工藝要求薄膜與基板結(jié)合面的溫度t0應(yīng)為60℃，試確定輻射熱流密度q應(yīng)為多大。薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)lf=0.02W/(m●K)，基板的導(dǎo)熱系數(shù)ls=0.02W/(m●K)。投射到結(jié)合面上的輻射熱流全部為結(jié)合面所吸收。薄膜對(duì)60℃的熱輻射是不透明的。（習(xí)題2-12,p91）第二頁第三頁，共21頁。解：以結(jié)合面為研究對(duì)象，在穩(wěn)態(tài)條件下根據(jù)熱力學(xué)第一定律：第三頁第四頁，共21頁。一直徑為d、長(zhǎng)l的圓桿，兩端分別與溫度為t1、t2的表面接觸，桿的導(dǎo)熱系數(shù)l為常數(shù)。試對(duì)下列兩種穩(wěn)態(tài)情形列出桿中溫度分布的微分方程式及邊界條件，并求解之：（1）桿的側(cè)面是絕熱的；（2）桿的側(cè)面與四周流體間有穩(wěn)定的對(duì)流換熱，平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，流體溫度tf小于t1及t2。（習(xí)題2-20,p92）第四頁第五頁，共21頁。解：（1）解方程得溫度分布函數(shù)為：第五頁第六頁，共21頁。（2）引入過余溫度則：解上述方程，得：第六頁第七頁，共21頁。內(nèi)、外徑各為0.5m及0.6m的球罐，其中裝滿了具有一定放射性的化學(xué)廢料，其容積發(fā)熱率＝105W/m3。該罐被置于水流中冷卻，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h＝1000W/(m2●K)，流體溫度tf＝25℃。試求：（1）確定球罐的外表面溫度；（2）確定球罐的內(nèi)表面溫度。球罐用鉻鎳鋼鋼板制成。（習(xí)題2-25,p93）（1）30.79

℃；（2）53.63

℃第七頁第八頁，共21頁。某種平板材料厚25mm，兩側(cè)面分別維持在40℃及85℃。測(cè)得通過該平板的熱流量為1.83kW，導(dǎo)熱面積為0.2m2。試：（1）確定在此條件下平板的平均導(dǎo)熱系數(shù)；（2）設(shè)平板材料的導(dǎo)熱系數(shù)按l=l0(1+bt)變化（其中t為局部溫度）。為了確定上述溫度范圍內(nèi)的l0及b的值，還需要補(bǔ)充測(cè)定什么量？給出此時(shí)確定l及b的計(jì)算式。（習(xí)題2-32,p94）第八頁第九頁，共21頁。（2）補(bǔ)充測(cè)量中心截面的溫度，設(shè)測(cè)得的溫度為則：根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系，有上兩式聯(lián)立，即可解得及b。（1）則：解：

第九頁第十頁，共21頁。試建立具有內(nèi)熱源、變截面、變導(dǎo)熱系數(shù)的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱穩(wěn)態(tài)的溫度場(chǎng)微分方程式（參考附圖）。（習(xí)題2-39,p96）對(duì)微元，有：代入整理，得：解：

第十頁第十一頁，共21頁。用一柱體模擬燃?xì)廨啓C(jī)葉片的散熱過程。柱長(zhǎng)9cm，周界為7.6cm，截面積為1.95cm2，柱體的一端被冷卻到305℃（見附圖）。815℃的高溫氣體吹過該柱體，假設(shè)表面上各處的對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是均勻的，并為28W/(m2●K)。柱體導(dǎo)熱系數(shù)l=55W/(m●K)，肋端絕熱。試：（1）計(jì)算該柱體中間截面上的平均溫度及柱體的最高溫度；（2）冷卻介質(zhì)所帶走的熱量。（習(xí)題2-55,p98）第十一頁第十二頁，共21頁。解：

將代入，得中間截面的平均溫度：即:而則℃（1）第十二頁第十三頁，共21頁。最高溫度出現(xiàn)在處，即則:℃W（2）（3）第十三頁第十四頁，共21頁。有—管內(nèi)涂層的操作過程如附圖所示。在管子中央有一輻射圓棒，直徑為d1，其外表面發(fā)出的每米長(zhǎng)度上的輻射熱流密度為qr，管內(nèi)抽真空；涂層表面的吸收比很高，可近似地看成為黑體。管子外表面溫度恒為ts2，涂層很薄，工藝要求涂層表面溫度維持在ts1。試：(1)導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)條件下用qr、ts2、r2、r3及管壁導(dǎo)熱系數(shù)λ表示的管壁中的溫度分布表達(dá)式；(2)設(shè)ts2＝25℃，λ＝15W/(m●K)，r2＝35mm；r3＝48mm，并要求ts1應(yīng)達(dá)到150℃，求qr之值。（習(xí)題2-75,p103）第十四頁第十五頁，共21頁。解法一：其完整數(shù)學(xué)描寫為：微分方程的通解為：代入邊界條件，得則第十五頁第十六頁，共21頁。解法二：對(duì)圓筒壁來說，熱流量與半徑無關(guān)，即

為常數(shù)，則：分離變量,得:積分得：對(duì)涂層表面，有則將代入，可解得第十六頁第十七頁，共21頁。在一有內(nèi)熱源的無限大平板的導(dǎo)熱問題中，平板兩側(cè)面溫度分別為t1（x＝0處）及t2（x＝d處）。平板內(nèi)溫度分布為(t－t1)/(t2-t1)=c1+c2x2+c3x3，其中c1、c2、c3為待定常數(shù)。平板的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，x＝0處的內(nèi)熱源強(qiáng)度為。試確定該平板中內(nèi)熱源的表達(dá)式。（習(xí)題2-77,p104）第十七頁第十八