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1、College of Energy&Power Engineering u例题例题1-11-1 有三块分别由纯铜、碳钢和硅藻土有三块分别由纯铜、碳钢和硅藻土砖制成的大平板，它们的厚度都为砖制成的大平板，它们的厚度都为=50mm，两侧表面的温差都维持为两侧表面的温差都维持为tw1tw2=100不变，不变，试求通过每块平板的导热热流密度。纯铜、试求通过每块平板的导热热流密度。纯铜、碳钢和硅藻土砖的导热系数分别为碳钢和硅藻土砖的导热系数分别为1=398W/(mK)，2=40W/(mK)，3=0.242 W/(mK)。College of Energy&Power Engineering 解解 这是通

2、过大平壁的一维稳态导热问题，根据傅立叶定律，这是通过大平壁的一维稳态导热问题，根据傅立叶定律，对于对于纯铜板纯铜板对于对于碳钢板碳钢板 对于对于硅藻土砖硅藻土砖484 WCollege of Energy&Power Engineering u讨论：由于铜和硅藻土砖导热系数的巨大差别，由于铜和硅藻土砖导热系数的巨大差别，导致在相同条件下通过铜板的导热量比通导致在相同条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三个数量级。因而，过硅藻土砖的导热量大三个数量级。因而，铜是热的良导体，而硅藻体砖则起到一定铜是热的良导体，而硅藻体砖则起到一定的隔热作用。的隔热作用。College of Energy

3、&Power Engineering u例题例题1-2 一根水平放置的蒸汽管道，其保温一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径层外径d=583mm，空气温度，空气温度tf=23oC，此时，此时，空气与管道外表面间的自然对流传热的表空气与管道外表面间的自然对流传热的表面传热系数面传热系数h=3.42W/(m2K)，保温层外表面，保温层外表面的发射率为的发射率为0.9。试求。试求（1）此管道的散热必）此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式；（须考虑哪些热量传递方式；（2）计算每米）计算每米长度管道的总散热量。长度管道的总散热量。College of Energy&Power Engineering 分析

4、：此管道的散热方式有辐射换热和自然对流换热两种方式。分析：此管道的散热方式有辐射换热和自然对流换热两种方式。单位长度上自然对流散热量：单位长度上自然对流散热量：单位长度上辐射换热量：单位长度上辐射换热量：College of Energy&Power Engineering 每米长度管道上的总散热量为每米长度管道上的总散热量为 自然对流散热量与辐射散热量具有相同的数量级。自然对流散热量与辐射散热量具有相同的数量级。College of Energy&Power Engineering u例题例题1-3 一室内暖气片的散热面积为一室内暖气片的散热面积为A=2.5m2，表面，表面温度为温度为tw=

5、50，和温度为，和温度为20的室内空气之间自的室内空气之间自然对流换热的表面传热系数为然对流换热的表面传热系数为h=5.5W/(m2K)。试计。试计算该暖气片的对流散热量。若暖气片的发射率为算该暖气片的对流散热量。若暖气片的发射率为 1=0.8，室内墙壁温度为，室内墙壁温度为20。试计算该暖气片和室内。试计算该暖气片和室内墙壁的辐射传热量。墙壁的辐射传热量。College of Energy&Power Engineering 解解 暖气片和室内空气之间是稳态暖气片和室内空气之间是稳态自然对流换热自然对流换热，根据牛顿冷，根据牛顿冷却公式却公式=Ah(tw tf)=2.5 m25.5 W/(m

6、2K)(50-20)K=412.5 W 故该暖气片的对流散热量为故该暖气片的对流散热量为412.5 W。由于墙壁面积比暖气片大得多，由辐射计算公式，两者间的由于墙壁面积比暖气片大得多，由辐射计算公式，两者间的辐射传热量辐射传热量为：为：可见，此暖气片室内的对流散热量和辐射散热量大致相当。可见，此暖气片室内的对流散热量和辐射散热量大致相当。问题：如果想更暖和一些，应该采取哪些措施？问题：如果想更暖和一些，应该采取哪些措施？College of Energy&Power Engineering u例题例题1-4 有一氟里昂冷凝器，管内有冷却水流过，对有一氟里昂冷凝器，管内有冷却水流过，对流表面传热

7、系数为流表面传热系数为h1=8800W/(m2 K)，管外是氟里昂，管外是氟里昂凝结，表面传热系数为凝结，表面传热系数为h2=1800W/(m2 K)，管壁厚为，管壁厚为=1.5mm，导热系数为，导热系数为=380W/(m K)，试计算三个，试计算三个环节的热阻和总传热系数，欲增强传热应从哪个环节环节的热阻和总传热系数，欲增强传热应从哪个环节入手。（假设管壁可作为平壁处理）。入手。（假设管壁可作为平壁处理）。College of Energy&Power Engineering 解解 三个环节的面积热阻为：三个环节的面积热阻为：水侧换热热阻：水侧换热热阻：管壁导热热阻：管壁导热热阻：蒸汽凝结热

8、阻：蒸汽凝结热阻：总传热系数：总传热系数：三个环节的热阻比例为三个环节的热阻比例为16.9%、0.6%、82.5%。故。故蒸汽侧的热阻蒸汽侧的热阻占主要部分，应从这一环节入手增强换热。占主要部分，应从这一环节入手增强换热。College of Energy&Power Engineering u例题例题1-5 一房屋的外墙为混凝土，其厚度为一房屋的外墙为混凝土，其厚度为=200 mm，混凝土的热导率为混凝土的热导率为=1.5 W/(m K)，冬季室外空气温度，冬季室外空气温度为为tf2=10,有风天和墙壁之间的表面传热系数为有风天和墙壁之间的表面传热系数为h2=20W/(m2 K)，室内空气温

9、度为，室内空气温度为tf1=25,和墙壁之间的表面和墙壁之间的表面传热系数为传热系数为h1=5W/(m2 K)。假设墙壁及两侧的空气温度。假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度散热损失及内外墙壁面的温度tw1和和tw2。College of Energy&Power Engineering 解解 这是一个稳态传热过程，冷热流体由混凝土墙壁隔开。根据这是一个稳态传热过程，冷热流体由混凝土墙壁隔开。根据 式式(1-10)，通过墙壁的热流密度即单位面积墙壁的散热损失为，通过墙壁的热流密度即单位

10、面积墙壁的散热损失为 根据牛顿冷却公式根据牛顿冷却公式(1-4)，对于内外墙面与空气之间的对流换热，对于内外墙面与空气之间的对流换热College of Energy&Power Engineering u于是可求得 分析本例中三个传热环节的热阻可以发现，由于分析本例中三个传热环节的热阻可以发现，由于自然对流表面传热系数小，热阻大，总的传热温差自然对流表面传热系数小，热阻大，总的传热温差(25 (-10)=35 C)中，室内自然对流的所占温差最大，中，室内自然对流的所占温差最大，为为20 C，墙壁的导热温差次之，为，墙壁的导热温差次之，为10 C，室外的强，室外的强制对流热阻最小，所需温差也最

11、小，为制对流热阻最小，所需温差也最小，为5 C。College of Energy&Power Engineering 冬天，住新房子和旧房子哪冬天，住新房子和旧房子哪个更冷点？个更冷点？College of Energy&Power Engineering 例2.2 一厚度为的无限大平壁，其导热系数为常数，平壁内具有均匀的内热源，强度为 。平壁x0的一侧是绝热的，x一侧与温度为 的流体直接接触并进行对流换热，对流换热系数为h。试写出这一稳态导热问题的完整数学描述。解：解：导热微分方程 边界条件 College of Energy&Power Engineering(2)随温度变化、无内热源时

12、：随温度变化、无内热源时：导热系数随温度呈线性变化导热系数随温度呈线性变化College of Energy&Power Engineering 如何设计保温材料？如何设计保温材料？抽真空抽真空银涂层银涂层College of Energy&Power Engineering 思考：思考：假设三层平壁的厚度相同，导热系数之间有这样的关系（），试画出三层平壁内部的温度分布。tx分析：分析：对于每层壁，导热量都应该相同，都为：所以，越大，就小，线段就越平缓。College of Energy&Power Engineering 例2.5 一锅炉炉墙采用密度为300kg/m3的水泥珍珠岩制作，壁厚=

13、120mm，已知内壁温度t1=500OC，外壁温度t2=50OC，试求每平方米炉墙每小时的热损失。College of Energy&Power Engineering 假设：（假设：（1）一维；（）一维；（2）稳态导热问题）稳态导热问题 根据附录根据附录4，密度为，密度为300kg/m3的水泥珍珠岩制品的导热系数为的水泥珍珠岩制品的导热系数为 应按照炉墙平均温度下的导热系数计算热流量应按照炉墙平均温度下的导热系数计算热流量 材料的平均温度材料的平均温度 平均导热系数平均导热系数College of Energy&Power Engineering 因此，每平方米炉墙的热损失为因此，每平方米炉

14、墙的热损失为 每平方米炉墙每小时的热损失为每平方米炉墙每小时的热损失为 College of Energy&Power Engineering 例2.8 在稳态导热情况下，一内半径为r1，外半径为r2的无限长圆筒壁内的温度分布曲线为什么沿坐标r方向而变得越来越平坦？College of Energy&Power Engineering 应用举例：应用举例：用带温度套管的热电偶来测量低温流体温度时，测量值比实际温度偏高还是偏低？解：解：测温误差，即套管顶端的过余温度：College of Energy&Power Engineering 直接积分，得：直接积分，得：根据边界条件，得：根据边界条件

15、，得：College of Energy&Power Engineering 温度分布：温度分布：College of Energy&Power Engineering 求解数学模型，可得平壁内的温度分布为求解数学模型，可得平壁内的温度分布为二次二次曲线曲线。（1）当当t1t2时，热流方向与时，热流方向与x轴同向，温度变化率为负值；轴同向，温度变化率为负值；（2）若若b0，沿，沿x方向方向随温度的降低而减小，温度曲线斜率的随温度的降低而减小，温度曲线斜率的绝对值增大，曲线向上弯曲（绝对值增大，曲线向上弯曲（上凸上凸）；）；（3）若若b0，曲线向下弯曲（，曲线向下弯曲（下凹下凹）。）。Colle

16、ge of Energy&Power Engineering 热流量：热流量：记平均导热系数：记平均导热系数：返回返回College of Energy&Power Engineering 一温度计水银泡是圆柱形，长20mm，内径4mm，测量气体温度，表面传热系数h=11.63W/(m2K),试计算温度计的时间常数，并确定插入5分钟后温度计的过余温度为初始过余温度的百分之几。水银=10.36 W/(mK),=13110 kg/m3,c=0.138 kJ/(kgK).College of Energy&Power Engineering 解：解：故可以用集总参数法。故可以用集总参数法。College of Energy&Power Engineering 讨论：讨论：2、Nu数与数与Bi数的区别数的区别College of Energy&Power Engineering 例1：用平均温度50的空气来模拟平均温度为400 的烟气的外掠管束的对流换热。实物中烟气的流速在1015m/s范围内变化。模型采用与实物一样的管径，问模型中空气的流速应该在多大范围内变化？解：解：查附录可知：400 4