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传热学课件资料


0
ch
m
mH
sh
m
x
H
0
则: x H
tmax
tH
815 510
1
chmH
549 ℃
(3) l A d 65.7 W
dx x0
有—管内涂层的操作过程如附图所示。在管子中央有
一辐射圆棒,直径为d1,其外表面发出的每米长度上 的辐射热流密度为qr,管内抽真空;涂层表面的吸收比 很高,可近似地看成为黑体。管子外表面温度恒为ts2, 涂层很薄,工艺要求涂层表面温度维持在ts1。试:(1) 导出稳态条件下用qr、ts2、r2、r3及管壁导热系数λ表示 的管壁中的温度分布表达式;(2)设ts2=25℃,λ=
数的一维稳态导热稳态的温度场微分方程式 (参考附图)。(习题2-39,p96)
解: 对微元 dx,有:
x xdx
x
l
t
A
x
dt dx
x A xdx
xdx
x
dx dx
dx
代入整理,得:
d dx
l
t
A
x
dt dx
x
A
x
0
用一柱体模拟燃气轮机叶片的散热过程。柱长 9cm,周界为7.6cm,截面积为1.95cm2,柱体的 一端被冷却到305 ℃(见附图)。815 ℃的高温
解:(1)
t1
t2
lA
则: l / At1 t2
(2)补充测量中心截面的温度,设测得的温度为 t3
t1
/
t3 2
则: l / 2At1 t3
lA
根据导热系数随温度的变化关系,有
l
l0
1
b
t1
2
t2
l
l0
1
b
t1
2
t3
上两式联立,即可解得 l0及b。
试建立具有内热源(x)、变截面、变导热系
(1)30.79 ℃;(2) 53.63 ℃
某种平板材料厚25mm,两侧面分别维持在 40 ℃及85 ℃。测得通过该平板的热流量为 1.83kW,导热面积为0.2m2。试: (1)确 定在此条件下平板的平均导热系数;(2) 设平板材料的导热系数按l=l0(1+bt)变化 (其中t为局部温度)。为了确定上述温度 范围内的l0及b的值,还需要补充测定什么 量?给出此时确定l及b的计算式。(习题 2-32,p94)
解:
以结合面为研究对象,在稳态 条件下根据热力学第一定律:
q q1 q2 0
q q1 q2
q1
t0
f
tf 1
lf h
q2
t0
s
t1
ls
q1
q
q2
一直径为d、长l的圆杆,两端分别与温度为t1、 t2的表面接触,杆的导热系数l为常数。试对 下列两种稳态情形列出杆中温度分布的微分
方程式及边界条件,并求解之: (1)杆的 侧面是绝热的;(2)杆的侧面与四周流体间 有稳定的对流换热,平均表面传热系数为h, 流体温度tf小于t1及t2。(习题2-20,p92)
解:
d 2t (1)tdxx20
0 t1
t xl t2
解方程得温度分布函数为:t
t2
t1 l
x
t1
(2)
d 2t tdxx20
4h
ld
t1
(t
tf
)
0
t xl t2
引入过余温度 t t f
则:
d 2 dxx20
4h
ld 1
0 t1 t
f
xl 2 t2 t f
解上述方程,得: 2sh(mx) 1sh[m(x l)]
c1
qr d1
2l
c2
ts2
qr d1
2l
ln r3

t
ts2
qr d1
2l
ln
r3 r
qr
2l
d1
ln
r3 r2
ts1
ts2
解法二:对圆筒壁来说,热流量与半径无关,即
为常数,则: l2 rl dt
dr 分离变量,得: dr l2ldt
r
积分得: r3 dr l2l ts2 dt
rr
t
ln
r3 r
2ll t
ts2
对涂层表面,有 d1lqr

t
ts2
qr d1
2l
ln
r3 r
将r
r2 代入,可解得
qr
2l
d1
ln
r3 r2
ts1 ts2
在一有内热源的无限大平板的导热问题 中,平板两侧面温度分别为t1(x=0处) 及t2(x=d处)。平板内温度分布为
气体吹过该柱体,假设表面上各处的对流换热 的表面传热系数是均匀的,并为28W/(m2●K)。 柱体导热系数l=55W/ (m●K),肋端绝热。试: (1)计算该柱体中间截面上的平均温度及柱体 的最高温度;(2)冷却介质所带走的热量。 (习题2-55,p98)
解:(1)
=0
ch
m x ch mH
第2章 习题讲解
对于无限大平板内的一维稳态导热问题, 试说明在三类边界条件中,两侧面边界 条件的哪些组合可以使平板中的温度场 获得确定的解?(习题2-5,p89)
解:
2+2除外的所有组合
在某一产品的制造过程中,在厚1.0mm的基板上紧贴 了一层透明的薄膜,其厚度为0.2mm。薄膜表面有一 股冷却气流流过,其温度tf=20 ℃,对流表面传热系 数h=40W/(m2●K)。同时,有一股辐射能q透过薄膜投
射到薄膜与基板的结合面上,如附图所示。基板的另 一面维持在温度t1=30 ℃。生产工艺要求薄膜与基板结 合面的温度t0应为60 ℃,试确定辐射热流密度q应为多 大。薄膜的导热系数lf=0.02W/ (m●K),基板的导热系 数ls=0.02W/ (m●K)。投射到结合面上的辐射热流全部 为结合面所吸收。薄膜对60 ℃的热辐射是不透明的。 (习题2-12,p91)
sh(ml)
内、外径各为0.5m及0.6m的球罐,其中装 满了具有一定放射性的化学废料,其容积 发热率 =105W/m3。该罐被置于水流中 冷却,表面传热系数h= 1000W/(m2●K), 流体温度tf=25 ℃。试求: (1)确定球 罐的外表面温度;(2)确定球罐的内表 面温度。球罐用铬镍钢钢板制成。(习题 2-25,p93)
H
将x H / 2 代入,得中间截面的平均温度:
=0
chmH / ch mH
2
即:
815
t
pj=815
305
chmH / ch mH
2

mH= hp H 1.268
lA

t
pj=815
510
ch 0.634 ch 1.268
494

(2) 最高温度出现在 d dx 0 ,r2=35mm;r3=48mm,并要求ts1应达 到150℃,求qr之值。 (习题2-75,p103)
解法一:其完整数学描写为:
rddrrr3,ddrtt
ts
0
2
l
2
r2l
dt dr
r r2
d1lqr
微分方程的通解为: t c1 ln r c2
代入边界条件,得
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