材料科學工程基礎計算題-2019年精選文檔

1、1熱工基礎習題解答第二章：傳熱學2-1某窯爐爐墻由耐火粘土磚、硅藻土磚與紅磚砌成，硅藻土磚與紅磚的厚度分別為 40mm 和250mm,導熱系數分別為0.13和0.39W/m C,如果不用硅藻土層，但又希望爐墻的散 熱維持原狀，則紅磚必須加厚到多少毫米？ TOC o 1-5 h z 點*t勺1+ 畑旳（1解得即紅磚的厚度應增加到 370mm才能維持原散熱熱流密度不變。2-2 某廠蒸汽管道為 ？175X 5的鋼管，外面包了一層95mm厚的石棉保溫層，管壁和石棉的 導熱系數分別為50、0.1w/m. C，管道內表面的溫度為300C，保溫層外表面溫度為50C。試求每米管長的散熱損失。在計算中能否略去鋼

2、管的熱阻，為什么？解：石棉保溫層和鋼管在每米長度方向上產生的熱阻分別為：2-3試求通過如圖3-108所示的復合壁的熱流量。假設熱流是一維的；已知各材料的導熱 系數為：入 a=1.2、入 b=0.6、入 c=0.3、入 D=0.8w/m?C。2-4平壁表面溫度tw仁450 C,采用石棉作為保溫層的熱絕緣材料，導熱系數 入=0.094+0.000125t，保溫層外表面溫度 tw2=50 C,若要求熱損失不超過 340w/m叱， 則保溫層的厚度應為多少？解：平壁的平均溫度為：即保溫層的厚度應至少為 147mm。2-5澆注大型混凝土砌塊時，由于水泥的水化熱使砌塊中心溫度升高而導致開裂，因此，砌 塊不能

3、太大。現欲澆注混凝土墻，水泥釋放水化熱為100w/m3，混凝土導熱系數為1.5W/m C,假設兩壁 溫度為20 C,限制墻中心溫度不得超過 50 C。試問 墻厚不得超過 多少米？解：由于墻的兩側溫度相等，所以墻內的溫度分布為2-6一電爐爐膛長X寬X高=250 x 150X 100mm,爐襯為230mm厚的輕質粘土磚（密度為800kg/m3）。已 知內壁平均溫度為900C,爐體外表面溫度為 80C。 試求此電爐的散熱 量。解：通過該電爐的散熱量可以表示為：將該電爐視為中空長方體，則其核算面積為：2-7有兩根用同樣材料制成的等長度水平橫管，具有相同的表面溫度，在空氣中自然散熱， 第 一根管子的直徑

4、是第二根管子直徑的10倍，如果這 兩根管子的（GrPr）值均在103109之間，且可用準數方程式Nub=0.53Grb。試求兩根管子的對流換 0.25熱系數比值和熱損失的比值。解：對于與圓管進行對流換熱的情形，空氣的由于橫管的表面溫度相同，并且空氣溫度相同，所以妙金均相等，可得2-8根據隧道窯模型實驗，確定了圓柱形料垛對流換熱系數的準數方程式為： Nuf=0.0146Ref0.85。現用空氣強制冷卻圓柱形料垛，空氣溫度為20C，空氣流速為1.28m/s，料垛直徑為0.118m。試求圓柱形 料垛對空氣的對流換熱系數。解：查得空氣在20 C時的物性參數為:2-9條半圓拱式煙道，長 10m，煙道內寬

5、800mm ,兩側墻高 氣以1800Nm3/h的流量通過該煙道，已知煙氣平均溫度為 為240C,試求煙氣對壁面的對流換熱系數及傳熱量。解：煙道的截面積和周長分別為：2-1060C的水進入一內徑為25.4mm的管子，水的流速為（已知管長3m，管壁溫度恒 定為80 C）解：設水出口處的溫度為 70C，則水的定性溫度為： 查得水的物性參數為：與原假設相差不大，所以可以認為水的出口溫度為72.8C。如果要求的精確度更高，可以再假設水的 出口溫度為714C，繼續(xù)進行計算，直到滿意為300mm，拱高400mm。今有煙350C，煙道內壁面平均溫度2cm/s。試計算水的出口溫度止。2-11兩無限大平面，其表面

6、溫度分別為20C及600C,黑度均為0.8,在這兩塊平面間安放一塊黑度為0.8或 0.05的遮熱板，試求這兩無限大平行平面間的凈輻射熱量。解：使用電網絡單元法2-12已知裸氣管的表面溫度為 440 C,直徑為0.3m，黑度為0.8，周圍環(huán)境溫度為10C，在 裸氣管 的周圍安放遮熱管（黑度為 0.82，直徑為0.4）（1）求裸氣管的輻射散熱損失。換熱系數為35W/m2 C，裸氣管（2）如果同時考慮對流換熱損失，已知遮熱管對流 的散熱損失為多少？2-13有一平板，水平放置在太陽光下，已知太陽投射到平板上的熱流量為700W/m2，周圍環(huán)境溫度為25 C。如果忽略對 流換熱，試求下列情況下的平板表面溫

7、度：平板表面涂有白漆。 平板表面涂有無光黑漆。為700W /m2,環(huán)境溫如果將上述平板放置在工業(yè)爐的熱輻射下，當輻射熱流量仍 度仍為25 C時。的熱輻射的吸收率為2000 C的熱輻射的吸已知白漆對于太陽輻射的吸收率為 0.14，白漆對于低于 2000 C 0.90，無光黑漆對于太陽輻射的吸收率為 0.96，無光黑漆對于低于 收率為0.95。解：根據克?；舴蚨?，黑體和灰體的吸收率等于同溫度下的黑度，平板的散熱量為:處于熱平衡時：2-14熱空氣在 426 x 9mm的鋼管中流過，熱空氣的溫度用一個裝在外徑為15mm的瓷保護管中的 熱電偶來測量，為了減小測量誤差，把熱電偶保護瓷管用薄鋁圓筒屏蔽，屏

8、蔽筒的黑度為 0.3，面積 為保護瓷管的4倍。空氣向屏蔽筒的對流換熱系數為35w/m2C,已知鋼管內壁溫度為 110C，熱電偶 讀數（即瓷管溫度）為 220 C，瓷管 的黑度為0.8,空氣向瓷管的對流換熱系數為52.4w/m2C,設瓷管 本身的熱傳導可忽略不計。試求熱電偶的測量相對誤差，并求出空氣的實際溫度。解：設薄鋁圓筒（遮熱罩）F1溫度t3、表面積F3,管道內熱空氣與熱接點之間的對流換 熱量管道內熱空氣與遮熱罩兩表面之間的對流換熱量熱電偶接點與遮熱罩之間的輻射換熱量：遮熱罩與管道壁之間的輻射換熱量當熱接點達到熱平衡時，即由于F1 vv F3，則：同理，當遮熱罩達到熱平衡時，即代入已知數據，

9、求得：t3=185.2 C, t1=218.2 C,熱電偶測量誤差：2-15試求鍋爐壁(S =20mm ,入=58w/m C )兩表面的溫度和通過鍋爐壁的熱流量。已知煙氣溫度 為1000 C,水的溫度為200 C，從煙氣到壁面的對流輻射換熱系數為116w/m2C,從壁面到水的對流換熱系數為2320 w/m2 Co解：通過鍋爐壁的熱流量為：2-16一根內徑為20mm，外徑為30mm的鋼管，包上20mm厚的保溫材料，保溫材料的導熱系數為0.057 w/m C,表面黑度為0.7,保溫層的內壁溫度 為200C,周圍環(huán)境溫度 為20Co試計算每米管長的熱損失。解：設保溫層的外表面溫度為t2,則保溫層向空氣的輻射散熱量為：ta為空氣的溫度，通過保溫層導熱的熱流量為：_fi TiIn 心 ti為保溫層的內壁溫度當達到穩(wěn)態(tài)時，有將已知數據代入解得：t2=70C管道每米長的散熱損失為：2-17有一套管逆流式換熱器， 用水冷卻油，油在內管中流動，油進出口溫度分別為110C和75C,水在套管環(huán)隙中流動， 水的流量為68kg/min ,水的進出口溫度分別為35C和75C。 已，知按內管外表面積計算的平均總傳熱系數為320 w/m2 C,油的比熱為1.9KJ/Kg Co試求此換熱器的 換熱面積。解：該換熱器的對數平均