傳熱學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資料

傳熱學(xué)基礎(chǔ)一、 填空題1、 傳熱的基本方式有熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射三種。熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射2、傳熱過程可分為不隨時間變化的和隨時間變化的。穩(wěn)態(tài)傳熱、非穩(wěn)態(tài)傳熱3、對流換熱實質(zhì)是和兩種傳熱機理共同作用的結(jié)果。熱對流、導(dǎo)熱4、某瞬時物體內(nèi)部各點溫度的集合稱為該物體的，其同溫度各點連成的面稱為，其法線方向上溫度的變化率用表示。溫度場、等溫面、溫度梯度5、當(dāng)物質(zhì)的種類一定時，影響導(dǎo)熱系數(shù)大小的外因主要是和。6、表示物體的蓄熱量與界面上換熱量的比值稱為。時間常數(shù)7、在湍流傳熱時，熱阻主要集中在，因此，減薄該層的厚度是強化的重要途徑。層流內(nèi)層、對流傳熱8、對流傳熱系數(shù)的主要影響因素有（1）（2）（3）（4）（5） 。流體的種類和相變化的情況；流體的性質(zhì)；流體流動的狀態(tài)；流體流動的原因；穿熱面的形狀、分布和大小9、 無相變時流體在圓形直管中作強制湍流傳熱，在a=0.023X/diRe0.8Prn公式中，n是為校正的影響。當(dāng)流體被加熱時，n取，被冷卻時n取。熱流方向、0.4、0.310、努塞爾特準(zhǔn)數(shù)Nu表示的準(zhǔn)數(shù)，其表達式為，普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr表示的準(zhǔn)數(shù)，其表達式為。對流傳熱系數(shù)、Nu=黑、物性影響、Pr=字TOC\o"1-5"\h\z人 人11、蒸汽冷凝有和兩種方式。膜狀冷凝、滴狀冷凝12、 雙層平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)，兩層壁厚面積均相等，各層的導(dǎo)熱系數(shù)分別為X1和氣，其對應(yīng)的溫度差為At和At，若At>At，則人和人的關(guān)系為 。1 2 1 2 1 2七<氣二、 簡答題1、 何謂熱對流？何謂對流傳熱？對流換熱又可分為哪兩大類？答：熱對流是指流體中質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞。通常，對流傳熱是指流體與固體壁面間的傳熱過程，它是熱對流和熱傳導(dǎo)的結(jié)合。它又可分為強制對流和自然對流兩類。2、 請簡述輻射換熱區(qū)別于導(dǎo)熱和熱對流方式最主要的特征。它是唯一一種非接觸的傳熱方式；它不僅產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)移，而且還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換，即發(fā)射時從熱能轉(zhuǎn)換為輻射能，而被吸收時又從輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。3、 請簡述在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中物體中溫度分布存在的兩個階段。在第一階段內(nèi)，溫度分布主要受初始溫度分布的控制，此階段稱為非正規(guī)狀況的階段。當(dāng)過程進行到一定的深度，物體中不同時刻的溫度分布主要取決于邊界條件及物性，此時為第二階段，即正規(guī)狀況階段。4、 若熱流體走管內(nèi)，冷流體走管外，兩流體通過間壁的傳熱包括那幾個過程？答：包括以下三個過程：熱流體以對流傳熱方式將熱量傳給管內(nèi)壁熱量由內(nèi)壁面以熱傳導(dǎo)方式傳給外壁面熱量由外壁面以對流傳熱的方式傳給冷流體三、計算題1、一紅磚平面墻厚度為500mm，一側(cè)壁面溫度為200°C，另一側(cè)壁面溫度為30°C，紅磚的導(dǎo)熱系數(shù)可取為0.57W/(mC)。求：(1)通過平壁的熱傳導(dǎo)通量q。(2)平壁內(nèi)距離高溫側(cè)350mm處的溫度，C。解：(1)求q已知t1=200C，12=30C，b=0.5mm，X=0.57W/(mC)單層平壁熱傳導(dǎo)通量q=‘1712=2〃 =194W/m2b 0.5廠 057(2)設(shè)平壁內(nèi)距離350mm處的溫度為t，則有：200—tq=B=1940.57 035解得：t=200—194x—=81C0.572、用平板法測定固的導(dǎo)熱系數(shù)。在平板一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷卻器冷卻，同時在板的兩側(cè)用熱電偶測量其表面溫度。若所測固體的表面積為0.01m2，厚度為20mm。實驗測得電流表讀數(shù)為0.58A，伏特計讀數(shù)為100V，兩側(cè)表面的溫度分別為180C和30C。求：該材料的導(dǎo)熱系數(shù)X。(1)由實驗測得的電流和電壓可求出導(dǎo)熱量2Q=IV=0.58W(2)由單層平壁熱傳導(dǎo)方程可求出X

由Q='17'2可得:b.Qb58x0.02 ( )人= \= / \=0.773W/m2.C^s(ti-12)0.01(80-30)3、某爐壁由下列三種材料組成，內(nèi)層是耐火磚，人1=1.4W/（m.C）,bi=230mm；中間是保溫磚，氣=0.15W/（m.C），?=115mm；最外層是建筑磚，人=0.8W/（m.C），b=230mm。今測得其內(nèi)壁溫度七=900C，外壁溫度14=80C。求（1）通過爐墻單位面積的熱損失W/m2。（2）各層的溫差。（3）各層接觸面的溫度。（假設(shè)各層接觸良好）解：設(shè)12為耐火磚和保溫磚之間接觸面的溫度。13為保溫磚和建筑磚之間接觸面的溫度。（1）由多層平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)公式可以導(dǎo)出q:q=Q 7Sbbb才+t+q=Q 7Sbbb才+t+t1 2 3(2)At1、At2、 = =673—0.23+0.115+0.230.164+0.767+0.288 m2TT0.15"0TAt3分別為耐火磚層，保溫磚層和建筑磚層的溫差。因是多層平壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)，故q1=q2=q3=q由q=At1可得，At=q匕=673x023=110.6Cb 1人 1.4力1At=q.虹=673x0115=516.0C2y人 0.152At=q.匕=673x竺=193.5C3人 0.83(3)12。廣△<=900—110.6=789.4C4、平壁爐的爐壁由三種材料所組成，內(nèi)層是耐火磚， 人1=1.07W/（m：C）,b=200mm；中間是絕緣磚，人=0.14W/（m.°C），b=100mm；最外層是鋼板，人3=45W/（m.C），b^=6mm。若耐火磚層內(nèi)表面溫度t]=1150C，鋼板外表面溫度14=30C。求（1）導(dǎo)熱的熱通量q°（2）若計算結(jié)果與實驗的熱損失（300W/m2）不符，分析原因并計算附加熱阻R附。1120解：（1）由三層平壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)公式求q1120〃_Q_D_ 1150-30q=S~~b—1b'b 02—0.1―0.0060.187+0.714+0.000133—1-+—2+―3 + +——ttt1.070.14 451231120 =1242W/m20.901（1）計算結(jié)果：q>300W/m2，分析原因是：說明平壁層間接觸不良，有空氣層存在,產(chǎn)生了附加熱阻R附。 =300+R附代入數(shù)據(jù)得:TOC\o"1-5"\h\z即q= 「'4 =300+R附代入數(shù)據(jù)得:qbbbt+t十寸1 2 3解出R=附300況—0解出R=附300況—0.901=2.83專q= =3000.901+R也附5、某平壁爐是由一耐火磚與一層普通磚砌成，兩層得厚度均為100mm，其導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.9W/（m.C）及0.7W/（m.°C）。待操作穩(wěn)定后，測得爐壁得內(nèi)表面溫度為700C，外表面溫度為130Co為減少熱損失，在普通磚的外表面砌一層厚度為40mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/（m.C）的保溫層，待操作穩(wěn)定后，又測得爐內(nèi)表面溫度為740C，外表面溫度為90C。今設(shè)原來的兩層材料導(dǎo)熱系數(shù)不變。求：加上保溫層后單位面1積爐壁的熱損失比原來減少的百分?jǐn)?shù)。解：（1）加保溫層前，單位面積爐壁的熱損失q1。此時，為兩層平壁的熱傳導(dǎo):q=]-匕=700-F0=2240W/m2% b b 0.10.1+^ —+—t t 0.90.712（2）加保溫后，單位面積爐壁的熱損失為q，此時為三層平壁的熱傳導(dǎo):

q= 'i—‘4 = 740~90 =760W/m2TOC\o"1-5"\h\z"2 bb b 0.1 0.1 0.04—1+—2+― + + \o"CurrentDocument"人人 人3 0.9 0.7 0.061 2（3）增加保溫層后，熱損失比原來減少的百分?jǐn)?shù)為:qi-q2X100%=2240—706x100%=68.5%q1 22406、 有一直徑為432x3.5mm的鋼管，其長度為3m，已知管內(nèi)壁溫度為100°C,外壁溫度為90C。求該管的熱損失為多少KW。（已知鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/（m.C））解：本題為單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)，求熱損失可用式:q=2兀L《—t2）解：本題為單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)，求熱損失可用式:1r寸ln^人r'1'1=100C，12=90C式中各量為：r=0.0125m，r=0.016m，L=3m1 2代入上式可得Q=2X3，艦—為）=34340W=34.34KW乂1I0.016——In 450.01257、有一蒸汽管外徑為25mm，管外包以兩層保溫材料，每層厚度均為25mm，外層與內(nèi)層保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)之比為氣/"，此時的熱損失為ql。今將內(nèi)外兩層材料互換位置，且設(shè)管外壁與保溫層外表面的溫度均不變，則熱損失為Q'。L求Q"Ql，并說明何種材料放在里層為好。25解：（1）蒸汽管外半徑 r=25=12.5mm1 2內(nèi)層保溫層外半徑r2=12.5+25=37.5mm外層保溫層外半徑號=37.5+25=62.5mm熱損失Ql為：8畋T3M W4.91（2熱損失Ql為：8畋T3M W4.91（2）當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)小的材料包在里層時八 2冗L（t—t） 2兀L（t—t）Q= 1 3 = 1 3 TOC\o"1-5"\h\zl1 r 1 r 1 137.5 1. 62.5ln—+—ln^—In InX1 ^ X2 r2 X1 12.5 4X1 37.5

（3）當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)大的材料包在里層時，熱損失Q'為:L吧T3人、W3.142兀L（吧T3人、W3.14 1 3 = 1 3 1 r 1 r 1|37.5 1.62.5——ln—+—ln」^^ln —ln氣 r 七 r2 4氣12.5 七37.5（4）可求出：Q'/Q=491=1.56，說明在圓筒壁當(dāng)采用兩種以上材料保溫LL3.14時，為減少熱損失，應(yīng)將人小的材料包在里層為好。時，8、在一個460x3.5mm的鋼管外包有兩層絕熱材料，里面為40mm的氧化鎂粉,平均導(dǎo)熱系數(shù)為0.07W/（m.°C）；外層為20mm的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)為0.15W/（m.°C），鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/（m.°C），現(xiàn)測出管內(nèi)壁溫度為500C，最外層溫度為80C。求（1）每米管長的熱損失。（2）兩層保溫層界面的溫度。（假設(shè)層間接觸良好）（1）求每米管長的熱損失Q，此為三層圓筒壁的熱傳導(dǎo)。L二=^!53=0.0265m，r2=0.0265+0.0035=0.03m已知：r=已知：r=0.03+0.04=0.07m，r=0.07+0.02=0.09m3t1=500C人1=45W/（m：C），414=80C，人2=0.07W/（m：C），人3=0.15W/（m.C）代入下式：Q_ 2?！?t,） _ 2兀（500-80）TOC\o"1-5"\h\zL=~^~r r^T^~T= ~~003 1| 0.07 1| 0.09—ln—+—lm+—ln?一ln + ln + ln—人r 人r 人r 450.0265 0.07 0.03 0.15 0.071 1 2 2 3 326380.002726380.0027+12.1+1.68=191.4W/m（2）保溫層界面溫度13，可按兩層圓筒壁導(dǎo)熱來計算：Q= 2N-t3）= 2丸G00-t3）_=1914L「r1 r 1i0.03 1.0.07 .—ln~+——lm——ln + ln 人r 人 r 450.0265 0.070.03可解出5。0…Im血027+商,t=131.1C3 2兀 39、求絕壓為140KPa，流量為1000kg/h的飽和水蒸汽冷凝后并降溫到60C時所放出的熱量。用兩種方法計算并比較結(jié)果。已知140KPa水蒸汽的飽和溫度為109.2°C,冷凝熱為2234.4KJ/Kg,焓為2692.1KJ/Kg；60°C的水的焓為251.21KJ/Kg。解：（1）第一種方法Q=WH-H）=1000x（2692.1-251.21）=678KWTOC\o"1-5"\h\zhh,1 h，2 3600（2）第二種方法冷凝水的平均溫度為t=LU=S'?0=84.6Cm2 2查出84.6C下的水的比熱容為：c=4.201KJ/（Kg.C）水蒸氣冷凝并降溫放出的熱量為：Q=W.r+Wc（T-T）=^00x2234.4+^00x4.201（109.2-60