传热学例题讲解
5.(本题15分)某种火警报警器的有效部位是一 个半径为r的金属球,其熔化温度为ts=500 º C,其 密度为=7200kg/m3,比热为c=400J/(kg.º C),导 热系数为=200 W/(m.º C)。正常状态下金属球的温 度为25º C,当突然受到温度为tf=675º C的烟气加热 后,为保证在20秒内发出警报,问金属球的半径应 为多少?设烟气与球表面间的对流换热系数为 =25W/(m2.º C)。 若考虑到金属球升温后其辐射散热会增加(四周墙 壁温度低于烟气温度),为保证仍在20秒内发出警 报,其半径应稍增大些还是应减少些?为什么?
或少用暖气。这样便可达到节能的目的。
11、利用肋化换热器来实现水与空气间的换 热,若要强化传热,应将肋片加在空气侧还 是水侧?为什么?
为强化传热,应将肋片加在空气侧。 原因:与水侧相比,空气侧对流换热系数较 小、热阻较大,加肋片后可显著降低传热热 阻,提高传热量。
计算题
1、有一输送液化天然气的长管道,管内液 化天然气的温度为-125º C。管道外直径为 89mm,其外敷设导热系数为0.05W/(m.º C)、 厚度为100mm的保温层。环境气温为25º C,管 外空气与保温层之间的对流换热系数为 12W/(m2.º C)。试计算单位管长的热损失。假 设管外壁温与管内流体温度相同。
0.365 0.326
0.295
2.21 1.95
1.75
解:这是一个管内强迫对流换热问题。 (1)确定定性温度及物性参数: 流体平均温度, 壁温tw=95C
tf t f1 tf 2 2
20 60 40C 2
(2)查附录得水的物性参数为:
f 992.2kg / m3
' 2 t1'' t2 50 30 20 oC
,
则对数平均温差:
tm
max min 1 2 35 20 26.8 oC 35 ln ln 1 ln max 20 2 min
(3)忽略换热器的热损失,根据热量平衡方程得到
面温度分别为T1=500K、T2=1000K,表面黑度
分别为1=0.85、2=0.95。试计算:
(1)两板之间单位面积上的辐射换热量;
(2)若在两板之间插入一块两面黑度均为
3=0.05的遮热板,此时两板间的辐射换热量
又为多少?
解:建议画出示意图、辐射热阻图(略)。 由题意知,
A1 A2 A, X1,2 1
解:本题为通过圆筒壁及保温层的传热问题。由题意知: 管道外壁壁温:
two t fi 125 oC
管道外径:
do 89mm 0.089m
保温层外径:
do' do 2 89 100 2mm 289mm 0.289m
则单位管长的传热量(热损失)
l
t fo two do ' 1 1 ln ho ' do ' 2 do 25 (125) 39.1W / m 1 1 289 ln 12 3.14 0.289 2 3.14 0.05 89
10、绿色住宅的一种节能方式(夏天少用空
调、冬天少用暖气)就是在其房屋前栽种几
棵大型落叶乔木,试从传热学角度说明大树
的作用。
夏天室内热负荷主要来自太阳辐射,如房屋 前栽种几棵大树,枝叶繁茂会遮挡阳光,使 房屋处于树荫下,可以凉快些,从而减少使 用空调。到了冬天,树叶落光,太阳光线可 直射到房屋上,因而又可推迟使用暖气时间
解: ' o '' o ' o '' o t 95 C , t 50 C , t 30 C , t 60 C 1 2 2 (1)由题意知道, 1 由于原油出口温度大于热水出口温度,则判断为逆流。 '' 1 t1' t2 95 60 35 oC (2)换热器端差:
(3)计算对流传热系数:
h Nu f
f
D
360.6
0.634 9145W /(m2 .C ) 0.025
根据热平衡方程求管长:
qmcpf (t f 2 t f 1 ) hAtm
其中m f u f
4
D 2,A DL
(tw t f 1 ) (tw t f 2 ) (95 20) (95 60) tm 52.48 oC tw t f 1 95 20 ln ln 95 60 tw t f 2
'' ' qm1c p1 (t1' t1'' ) qm 2c p 2 (t2 t2 )
qm 2
qm1c p1 (t1' t1'' )
'' ' c p 2 (t2 t2 )
0.8 4.2 (95 50) 2.016kg / s 2.5 (60 30)
f 0.634 W /(m.C)
c pf 4.1784 kJ /(kg.C)
f 0.659106 m / s
f 653.12106 kg /(m.s)
Prf 4.31
w (314.79 282.43) 106 2 298.61106 kg /(m.s)
与步行相比,骑摩托车时相对速度较大,对
流换热强度大些,因此人体会散失较多的热 量从而感到更冷些。皮手套和护膝,由于透 气性差、导热系数小,增加了传热热阻,降 低了散热量,从而起到保暖作用。
8、灰体表面的有效辐射和本身辐射哪一个大 些?
灰体表面的有效辐射大 些。 J E G E (1 )G ,因 1, G 0 , 则
所以
f u f Dc pf (t f 2 t f 1 )
4htm 992.2 2 0.025 4178.4 (60 20) 4.32m 4 9143.8 52.48
L
校核: 成立。
L
D
4.32
0.025
60
4.有两块相距甚近且平行放置的大平板,表
Gr
g v tL
3
2
表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小 。
3、两块厚度相同的无限大平壁,分别由金属
铜和木头制成。若保持其两侧表面温度对应
相等,那么,在常物性、稳态导热的情况下
两平壁内的温度分布是否相同?为什么?
相同。因为对于常物性、无内热源的无限大 平壁的稳态导热,第一类边界条件下其温度 分布(如下式)仅取决于边界温度,而与材 料的导热系数无关。来自(2)判定流型:
Re f uf D
f
2 0.025 4 4 7 . 587 10 10 0.659106
为旺盛紊流。 m 0.4 选用公式: tw t f ,流体被加热时, 假设满足 L 60 ,则:
D
0.8 f 0.4 f
n 0.11
f 0.11 653.12 0.11 4 0.8 0.4 Nu f 0.023Re Pr ( ) 0.023 (7.587 10 ) (4.31) ( ) 360.6 w 298.62
传热学习题
思考分析题
1、试比较下列不同情况下管内对流换热系数 的大小(假设其他条件相同,请用 <﹑= 或 > 表示) (1)层流_____紊流 (2) 水_____空气 (3)直管_____弯管(4) 光滑管_____粗糙 管 (5)层流入口段____层流充分发展段
2、写出格拉晓夫准则(Gr数)的表达式及物 理意义
( 1)
Eb 2 Eb1 b (T24 T14 ) 5.67 108 (10004 5004 ) q21 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0.85 0.95 1 X 12 2 53156.25 4.325 104 W / m2 1.229
(4)油水间的换热量为:
qm1cp1 (t1' t1'' ) 0.8 4.2 (95 50) 151.2kW
3、冷却水以2m/s的流速在内径为D=25mm的直 铜管内流动,其进口温度为20C,铜管内壁 温度为95C,试求水被加热到60C时所需的
管长。
T C 20 30 40 50 60 70
传热方向是由外部空气向管内流体。
2、有一套管式换热器利用热水加热原油。热水进 出口温度分别为95º C和50º C,热水流量为0.8 kg/s, 比热为4.2 kJ/(kg.º C);原油的进口温度为30º C, 加热后变为60º C,原油比热为2.5 kJ/(kg.º C)。忽 略换热器的热损失,问: (1)该换热器是逆流还是顺流? (2)换热器的对数平均温差是多少? (3)原油流量是多少? (4)油水之间的换热量是多少?
t t w1
t w1 t w 2
x
4.非稳态导热物体可以用集总参数法分析的
条件是什么?
导热物体内部导热热阻忽略不计,即任一时
刻物体内温度相同。实用判别条件为:
Bi 0.1
或
Biv 0.1M
(M是与
物体几何形状有关的无量纲数)。
5、在气温为10º C的房间内用细绳吊一段直径
kg/m3 998.2 995.7 992.2 998.1 983.2 977.8