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1、传热学习题解答传热学习题解答2011年5月19日Thursday习题2-16某工业炉的炉壁由耐火砖 1=1.3W/(m K)、绝热层 2=0.18W/(m K)及普通砖 3=0.93W/(m K)三层组成。炉膛壁内壁温度1100，普通砖层厚12cm，其外表面温度为50。通过炉壁的热损失为1200W/m2，绝热材料的耐热温度为900。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。分析：可看作通过多层平壁的一维稳态导热问题。分析：可看作通过多层平壁的一维稳态导热问题。已已知知 1=1.3W/(m K),2=0.18W/(m K)；3=0.93W/(m K);30.115
2、m;t1=1100,t4=50,t2216.7 mm2011年5月19日Thursday对绝热层：对绝热层：t2900 2104 mm耐火砖层的最小厚度:216.7mm此时绝热层厚度:104mm2011年5月19日Thursday习题2-20 同例题，略2011年5月19日Thursday习题2-22 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的(GrPr)=109。试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少？分析：可看作大空间内水平圆管与空气间的自然对流换热问题。分析：可看作大空间内水平圆管与空气间的自然对流换热问题
3、。单位时间、单位面积散热量：对流换热系数通过Nu数求解：大空间自然对流换热计算关系式大空间自然对流换热计算关系式2011年5月19日Thursday小管的(GrPr)=109大管的(GrPr)=1012（GrPr)值均在1091012之间，则可用准数方程式2011年5月19日Thursday两管道单位时间、单位面积的热损失比值为12011年5月19日Thursday讨论n当管外空气为湍流状态时，管子向外散热的热流密度与管子的尺寸无关；n当管外空气为层流状态时，管子的散热情况如何？2011年5月19日Thursday2-23空气在一根内径60mm、长3m的加热管道内流动。在稳态情况下，管道内侧单
4、位表面积与空气之间的对流换热热流量为5000W/m2，对表面传热系数为75W/(m2K)，空气的平均温度为85，试计算对流换热热流量和管道内侧表面的温度。n根据已知：管道的几何尺寸：d=60mm,l=3m，n热流密度q=5000W/m2；n对流传热系数hc=75W/(m2K)；tf=85n则：=qA=50000.063=2826Wn根据牛顿冷却定律：q=hc(tw-tf)n解得tw=tf+q/hc=85+5000/75=151.72011年5月19日Thursday224一车间墙壁，已知其内侧表面至外侧表面的导热热流密度值为250W/m2；外侧表面与20的大气接触，表面传热系数为15W/(m2
5、K)；外侧单位表面积与周围环境的辐射换热热流量为60W/m2，试求墙壁外侧表面的温度。n看作综合传热过程，且达到稳定状态。n根据已知：q=250W/m2；qr=60W/m2n复合传热系数h=15W/(m2K)；n则：q=h(tw-tf)n解得tw=tf+q/h=-20+250/15=-3.32011年5月19日Thursday227水以2m/s的流速流过内直径为20mm、长为4m的圆管。如果水的进、出口温度分别为24和36，试求表面传热系数（为考虑热流方向影响，必须确定管的内壁温度。）。解：tf=(24+36)/2=30查得=995.7kg/m3，=0.61W/(mK),cp=4.174kJ/
6、(kgK),Pr=5.42计算Re:根据管内湍流换热的计算准数方程（2-98):2011年5月19日Thursday根据m=uA=995.720.020.023.14/4=0.625kg/s水吸收的热量：则：tw=30+20.87/(3.140.024)=1132011年5月19日Thursday习题2-28同例题，略2011年5月19日Thursday传热学 2.3.3 物体表面之间的辐射换热物体表面之间的辐射换热 题题2-28 用热电偶测量管道内气体的温度。温度计读数为用热电偶测量管道内气体的温度。温度计读数为300，黑度为黑度为=0.3。气体与热电偶间的传热系数为。气体与热电偶间的传热系
7、数为hc=60W/（m2K），管壁温度为），管壁温度为230。求气体的真实温度。若要减小。求气体的真实温度。若要减小测温误差，应采用哪些措施？测温误差，应采用哪些措施？分析：分析：传热过程传热过程A2A1t1t2对流换热：管内热空气与热电偶对流换热：管内热空气与热电偶qgl；管内热空气与管壁管内热空气与管壁qg2辐射换热：热电偶与管壁辐射换热：热电偶与管壁q12热电偶读数：接点达到稳定状态时，根据热平衡：热电偶读数：接点达到稳定状态时，根据热平衡：qgl=q12读数误差读数误差tgAbs(tg-t1)t1=300，t2=230 2011年5月19日Thursday传热学 2.3.3 物体表面之
8、间的辐射换热物体表面之间的辐射换热 解：解：热电偶接点与管道壁面之间的辐射换热量：热电偶接点与管道壁面之间的辐射换热量：由于由于A1A2，则：则：管道内热空气通过对流换热传递给热电偶的热量：管道内热空气通过对流换热传递给热电偶的热量：2011年5月19日Thursday传热学 2.3.4 物体表面之间的辐射换热物体表面之间的辐射换热 热电偶接点达到稳定状态时，根据热平衡：热电偶接点达到稳定状态时，根据热平衡：qgl=q12则，气体的温度：则，气体的温度：相对误差为：相对误差为：例题：热电偶套管的黑度为0.9，测温误差16.4%；本题中，本题中，热电偶套管黑度为热电偶套管黑度为0.3，测温误差为
9、，测温误差为4.1%。2011年5月19日Thursday传热学 2.3.4 物体表面之间的辐射换热物体表面之间的辐射换热 2-30 2-30 证明题证明题 两个无限大平行平板，没有遮热板时：两个无限大平行平板，没有遮热板时：当有当有遮热板时，遮热板处于热平衡状态：遮热板时，遮热板处于热平衡状态：qA1=q12=qnB，即：，即：TATB辐射换热热路图辐射换热热路图 JAEbAJ1Eb1EbB JB JnEbn2011年5月19日Thursday传热学 2.3.4 物体表面之间的辐射换热物体表面之间的辐射换热 JAEbAJ1Eb1EbB JB JnEbnA=1=n=B=AA=A1=An=AB=A(n+1)倍的（2-)2011年5月19日Thursday