熱量傳輸復習市公開課金獎市賽課一等獎課件

熱量傳輸習題課第1頁重點熱量傳輸一些基本概念：導熱，對流換熱（自然對流，強制對流），初始條件，邊界條件（三類），薄材，無限大（半無限大）平板，熱輻射，輻射力，白體，黑體，角系數(shù)等。第2頁導熱習題導熱部分解題步驟：1）判斷導熱項維度，內(nèi)熱源存在是否，穩(wěn)態(tài)還是非穩(wěn)態(tài)，寫出導熱微分方程。2）寫出邊界條件。3）依據(jù)初始條件和邊界條件求解。

第3頁導熱習題例1：一個厚度為s無限大平板，其導熱系數(shù)λ為常數(shù)，平板內(nèi)含有均勻熱源qv。平板x=0一側(cè)是絕熱，x=s一側(cè)與溫度為tf流體直接接觸，且平板初始溫度為0，已知平板與流體之間給熱系數(shù)為α。試寫出這一穩(wěn)態(tài)導熱微分方程和邊界條件。第4頁導熱習題1.1經(jīng)過平壁一維穩(wěn)態(tài)導熱例2.無內(nèi)熱源并均勻分布平壁，壁厚為s，假定平壁長寬遠大于壁厚，平壁兩表面溫度恒為T1、T2，平壁材料導熱系數(shù)為λ常數(shù)，試推出穩(wěn)態(tài)導熱時，平壁內(nèi)溫度分布和中心溫度。第5頁導熱習題例3.

有一燃燒爐，爐壁由三種材料組成，如附圖所表示。最內(nèi)層是耐火磚，中間為保溫磚，最外層為建筑磚。已知耐火磚b1=150mm

λ1=1.06W/m·℃保溫磚b2=310mm

λ2=0.15W/m·℃建筑磚b3=240mm

λ3=0.69W/m·℃今測得爐內(nèi)壁溫度為1000℃，耐火磚與保溫磚之間界面處溫度為946℃。試求：(a)

單位面積熱損失；(b)

保溫磚與建筑磚之間界面溫度；(c)

建筑磚外側(cè)溫度。第6頁導熱習題解:用下標1表示耐火磚，2表示保溫磚，3表示建筑磚。t3為保溫磚與建筑磚界面溫度，t4為建筑磚外側(cè)溫度。(a)

熱損失qq=Q/A=λ1/b1(t1-t2)=1.06/0.15(1000-946)=381.6W/m2(b)

保溫磚與建筑磚界面溫度t3

因系穩(wěn)定熱傳導，所以q1=q2=q3=qq=λ2/b2(t2-t3)381.6=0.15/0.31*(946-t3)解得t3=157.3℃(c)

建筑磚外側(cè)溫度t4

同理q=λ3/b3(t3-t4)381.6=0.69/0.24*(157.3-t4)解得t4=24.6℃第7頁導熱習題

溫度差，℃熱阻b/λA，℃/W耐火磚Δt1=1000-946=54

0.142保溫磚Δt2=946-157.3=788.7

2.07建筑磚Δt3=157.3-24.6=132.70.348由表可見，熱阻大保溫層，分配于該層溫度差亦大，即溫度差與熱阻成正比。第8頁導熱習題例4.

某高爐爐墻內(nèi)層為粘土磚，外層為硅藻土磚，它們厚度分別為：s1=460mm，s2=230mm，導熱系數(shù)分別為：

λ1=0.7+0.64×10-3t（w/m℃）

λ2=0.14+0.12×10-3t（w/m℃）爐墻兩側(cè)表面溫度各為t1=1400℃；t3=100℃，求穩(wěn)態(tài)時經(jīng)過爐墻導熱通量和兩層磚交界面處溫度。第9頁導熱習題1.2薄材導熱穩(wěn)態(tài)導熱還是不穩(wěn)態(tài)導熱？首先要判斷是不是薄材?畢渥數(shù)不一樣形狀物體，薄材臨界參數(shù)不一樣。熟記！無限大平板Biv=0.1無限長圓柱體Biv=0.05球體Biv=0.033第10頁導熱習題例5：用熱電偶測量流體溫度。已知流體溫度為200℃，插入流體前熱電偶接點溫度為20℃。假定熱電偶為球形，直徑1mm，其密度ρ=8000kg/m3,λ=52w/m℃，Cp=418J/kg℃，接點表面與流體之間給熱系數(shù)α=120w/m2℃。試求熱電偶指示溫度到達199℃所需時間。解：判斷畢渥數(shù)

滿足薄材條件，所以可按薄材處理，依據(jù)薄材導熱方程變形得到：第11頁導熱習題例6：直徑為100mm長黃銅棒，由20℃放入800℃恒溫介質(zhì)中加熱，若介質(zhì)對黃銅棒表面總對流給熱系數(shù)平均為116w/m2·K，求：加熱1.5小時后銅棒溫度為多少？已知銅棒平均導熱系數(shù)為163w/m·K，比熱為440J/kg·K，密度為8800kg/m3。解由

知，該問題可作為薄材問題處理。于是有：第12頁導熱習題1.3半無限大物體一維非穩(wěn)態(tài)導熱第一類邊界條件：表面溫度為常數(shù)例7：用熱電偶測得高爐內(nèi)某點溫度為350℃，測定時間離開爐120小時，若爐缸底部表面溫度為1500℃，爐基材料熱擴散系數(shù)為0.002m2/h，爐基開始溫度為20℃，求爐缸底部表面到該測溫點距離。第13頁導熱習題1.4有限厚物體一維非穩(wěn)態(tài)導熱第三類邊界條件：周圍介質(zhì)溫度為常數(shù)例6.6書本P108.復習?。?！第14頁對流給熱習題二.對流給熱部分1.平板局部對流給熱系數(shù)（局部努賽爾特準數(shù)）1)

應用條件：平板層流。溫度邊界條件和速度邊界條件相當

或者說：邊界層內(nèi)有相同溫度分布和溫度分布或者說：該式適合用于動量擴散系數(shù)和熱擴散系數(shù)比值為0.65~1情況。2)在1基礎上擴展應用條件：平板層流。當Pr偏離1時也適用第15頁對流給熱習題3)應用條件：平板層流。液體金屬流過平板對流給熱。熱邊界層厚度求解：

在應用上述公式時要計算流體定性溫度，即取邊界層平均溫度：第16頁對流給熱習題例8.4℃空氣以1m/s速度過一塊寬1m，長1.5m平板，試求為使平板均勻保持50℃所需熱量。解：空氣定性溫度為：查得：空氣在27℃時，v=15.68×10-6m2/s,λ=0.02624w/m℃；Pr=0.702首先計算雷諾數(shù)判斷流動狀態(tài)：因雷諾數(shù)小于臨界值，全板長邊界層均為層流。那么全板平均給熱系數(shù)為：第17頁對流給熱習題因為平板兩個側(cè)面均以對流方式給熱，所以，供給平板熱量應為：第18頁對流給熱習題2.管內(nèi)給熱系數(shù)1）管內(nèi)湍流時給熱：2）管內(nèi)層流時給熱：3）管內(nèi)過渡區(qū)給熱：4）管內(nèi)液體金屬湍流流動時給熱：第19頁對流給熱習題3.外部流動強制對流換熱1）繞流球體2）繞流圓柱體氣體：

液體：

例9.空氣橫向流過直徑為d＝5mm鋁質(zhì)導線，空氣溫度tf＝10℃，流速vf＝1m/s，導線表面溫度維持tw＝90℃，其電阻率為r＝0.0286mm2/m。求:對流給熱系數(shù)h；解：求對流給熱系數(shù)h定性溫度查得：第20頁對流給熱習題計算得：由雷諾數(shù)查得：C＝0.615，n＝0.466，第21頁對流給熱習題4.外部空間自然對流換熱例10：利用空氣自然冷卻直徑為3mm水平導線，此時電線表面溫度為tw＝90℃，遠離導線空氣溫度為30℃。求：對流給熱系數(shù)。解：邊界層內(nèi)定性溫度查得：計算得：氣體熱膨脹系數(shù)第22頁對流給熱習題查表得：第23頁熱輻射習題

例11.有兩平行黑體