传热学复习题

∴τ =57.0s=0.158h

2 具有内热源并均匀分布的平壁，壁厚为２ S ，假定平壁的长宽远大于壁厚，平壁两表面温度恒为 t w ，内热源强度为 q v ，平壁材料的导热系数为常数，试推出稳态导热时，平壁内的温度分布和中心温度。１０分

解 : 因平壁的场 , 宽远大于厚度 , 故此平壁的导热可认为是一维稳态导热 .

导热微分方程为 : 边界条件为 : x=s ,t=t w x=-s , t=t ∞

求解上述微分方程 , 得

由边界条件确定积分常数 :

∴ 平壁内的温度分布 :

当 X=0, 则得平壁中心温度 :

3. 将初始温度为 80 ℃ , 直径为 20mm 的紫铜棒突然横置于气温为 20 ℃ , 流速为 12m/s 的风道之中 , 五分钟后 , 紫铜棒温度降到 34 ℃ . 试计算气体与紫铜棒之间的换热系数α .

已知紫铜棒密度ρ =8954kg/m 3 , 比热 C=383.1J/(kg ·℃ ), 导热系数λ =386W/(m ·℃ ) 解 : 先假定可以用集总系统法分析紫铜棒的散热过程

其中 τ =5 × 60=300s

验算 Bi:

4. 一蒸汽管道 , 内 , 外径分别为 150mm 和 159mm. 为了减少热损失 , 在管外包有三层保温材料 : 内层为λ 2 =0.11, 厚δ 2 =5mm 的石棉白云石 ; 中间为λ 3 =0.1, 厚δ 3 =80mm 的石棉白云石互状预制板 ; 外壳为λ 4 =0.14, 厚δ 4 =5mm 的石棉硅藻土灰泥 ; 钢管壁的λ 1 =52, 管内表面和保温层外表面的温度分别为 170 ℃和 30 ℃ . 求该蒸汽管每米管长的散热量 ? 解 : 已知 d 1 =0.15m, d 2 =0.159m, d 3 =0.169m, d 4 =0.339m 各层每米管长热阻分别为 :

⑴ 管壁 : ⑵ 石棉内层 :

⑶

石棉预制瓦 :

⑷ 灰泥外壳 :

蒸汽管道每米长散热量为

5. 压力为 1.013bar,20 ℃空气以速度 V=35m/s 掠过平板 , 板长 L=70cm, 壁面温度 t w =60 ℃ , 试求该板的换热系数及换热量 ( 板宽按 1m 计算 )? 已知 :40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m ·℃ υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711

解 : 按壁面与流体温度的算术平均值做为定性温度确定物性 :

查附录 得空气物性为 : λ =0.0271w/m ℃ υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711

则

对于紊流纵掠平板时 , 局部摩擦系数为 :

∴为紊流

6.20 ℃的空气在常压下以 10m/s 的速度流过平板 , 板面温度 t w =60 ℃ , 求距前缘 200mm 处的速度边界层和温度边界层以及α x, α和单宽换热量 , 再用类比法求局部摩擦系数 C f. 已知 :40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m ·℃ υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711 ρ =1.127kg/m 3 C p =1.009 × 10 3 J/kg ·℃

解 : 边界层内空气的定性温度 :

由题已知 40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m ·℃ υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711

∴为层流边界层 .

则

局部换热系数 :

单位宽度的换热量 :

40 ℃空气物性参数为 : ρ =1.127kg/m 3 C p =1.009 × 10 3 J/kg ·℃