传热学练习题解答

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1、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。已知1=1.3W/(mK),2=0.18W/(mK)；3=0.93W/(mK);3＝0.115m;t1=1100℃,t4=50℃,t2

2、<900℃；q=1200W/m2求：1,22011年5月19日Thursdayt2t3t4t1qδ1δ2δ3t1Rt1Rt2Rt3t4δ1>216.7mm2011年5月19日Thursday对绝热层：t2<900℃δ2<104mm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(Gr×Pr)=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

3、：可看作大空间内水平圆管与空气间的自然对流换热问题。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2011年5月19日Thursday小管的(Gr×Pr)=109大管的(Gr×Pr)=1012（GrPr)值均在109～1012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；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

4、内流动。在稳态情况下，管道内侧单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/(m2·K)，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。根据已知：管道的几何尺寸：d=60mm,l=3m，热流密度q=5000W/m2；对流传热系数hc=75W/(m2·K)；tf=85则：Φ=qA=5000×π×0.06×3=2826W根据牛顿冷却定律：q=hc(tw-tf)解得tw=tf+q/hc=85+5000/75=151.7℃2011年5月19日Thursday2－24一车间墙壁，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

5、面与－20℃的大气接触，表面传热系数为15W/(m2·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。看作综合传热过程，且达到稳定状态。根据已知：q=250W/m2；qr=60W/m2复合传热系数h=15W/(m2·K)；则：q=h(tw-tf)解得tw=tf+q/h=-20+250/15=-3.3℃2011年5月19日Thursday2－27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ρ=9

6、95.7kg/m3，λ=0.61W/(m·K),cp=4.174kJ/(kg·K),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=ρuA=995.7×2×0.02×0.02×3.14/4=0.625kg/s水吸收的热量：则：tw=30+20.87/(3.14×0.02×4)=113℃2011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题2-28用热电偶测量管道内气体的温度。温度计读数为300℃，黑度为ε=0.3。气体与热电偶间的传热系数为hc

7、=60W/（m2K），管壁温度为230℃。求气体的真实温度。若要减小测温误差，应采用哪些措施？分析：传热过程A2A1t1t2对流换热：管内热空气与热电偶qgl；管内热空气与管壁qg2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：qgl=q12读数误差tgAbs(tg-t1)t1=300℃，t2=230℃2011年5月19日Thursday传热学2.3.3物体表面之间的辐射换热解：热电偶接点与管道壁面之间的辐射换热量：由