传热学题型.pdf
《传热学题型.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《传热学题型.pdf(11页珍藏版)》请在装配图网上搜索。
1 1、由相同材料的细杆组成的十字形结构,如图所示。A x ,B x ,C x ,D x 的长度分别为 15mm, 10mm, 10mm, 12mm; A x ,B x ,C x 的横截面积分别为 2mm 2 , 2.5mm 2 , 3 mm 2 。杆的侧面绝热。稳态时 A,B,C,D 各点的温度分别为 60 ,50 ,40 和30 ,x 点的温度为 42 ,试求 D x 的截面积。 (提示:利用热平衡方法求解,稳态时,对 x 点来说,所有进、出的热量代数和 应为零) 1、 利用热平衡方法求解,稳态时,对 x 点来说,所有进、出的热量代数和应为 零,由傅里叶定律: 0 , = + + + Dx xD Dxc Cx xC Cxc Bx xB Bxc Ax xA Axc l tt A l tt A l tt A l tt A 其中:A C 表示细杆截面积, l 表示长度。 将A C,AX =2mm 2 ,A C,BX =2.5 mm 2 ,A C,CX =3 mm 2 ; Ax l =15mm, Bx l =10mm, Cx l =10mm, Dx l =12mm; t A =60 ,t B =50 ,t C =40 ,t D =30, t x =42代入上式,得: A C,DX =3.8mm 2 2、一双层玻璃窗,宽 1.1m,高 1.2m,厚 3mm,导热系数为 1.05W/(m K); 中间空气层厚 5mm,设空气隙仅起导热作用,导热系数为 0.026W/(m K)。 室内空气温度为 25 。表面传热系数为 20W/(m 2 K);室外空气温度为-10 , 表面传热系数为 15W/(m 2 K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量,并与单层玻 璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。 2. 解:(1)双层玻璃窗情形,由传热过程计算式: ) 2 (2)单层玻璃窗情形: 3、用热电偶测量气流温度时,通 常热电偶接点可近似看成一个圆球体。已 知气流与热电偶接点的 h=300W/(m2 K) ,热电偶材料物性数据为 c=400 J (kg K) , =8500Kg/m3。热电偶接点的时间常数为, c=1s,试求: (1)热电偶接点的直径 D; (2)如果把初温为 t0 =25的热电偶放在温度为 t =200的气流中, 问当热电偶显示温度为 t=199时,热电偶吸收的总热量。 解: (1) 根据时间常数定义得: 36 c cV cR cd hA h h =,则有: () 4 6 6 300 1 5.29 10 m 8500 400 c h d c = (2) () ()() 3 4 0 1 8500 400 5.29 10 199 25 0.0459 6 QcVtt J = 4、20 的水以 1.32m/s 的速度外掠长 250mm 的平板,壁温 t W 60。求 x 250mm 处下列各项局部值:, t ,C f,x ,h x , 并计算全板长的平均传热系数 h,全板 换热量。 (W:板宽为 1m) (附加条件:以边界层平均温度为 定性温度,tm=(t f +t w )/2=40 ,查得水的物 性为: =0.635W/(mk);=0.65910 -6 m 2 /s;pr=4.31) () 5 6 1 1 33 32 1 11 42 322 , 2 1.32 0.25 Re 5.01 10 0.659 10 5.0Re 1.77 10 (3) 1.09 10 0.664Re 9.38 10 (5 ) 0.332 Re 971 /( ) 2 1942 /( )(7 ) 19420 x xt fx x x x xwf ux xm pr m ChprWK x hh WmK httA W = = = = = = = = = = 分 分 3 5、如附图 1 所示,将厚度为 0.05mm,导热系数为 0.4W/(m K)的金属薄膜敷 设到厚度为 10cm,导热系数为 0.04W/(m K)的干木板上,当给金属薄膜通电 时,其发热率为 2000W,此时测得 tw1=50,tw2=21,tf=20,求金 属薄膜表面与通过该表面空气之间的对流换热系数。设金属薄膜表面发射率为 0.2。 6、一个由 3 个非凹表面(在垂直纸面方向为无限长)构成封闭空腔,三个表面 面积各为 A 1 、A 2 、A 3 ,如图所示。试证明: 1 321 2,1 2A AAA X + = 证明:根据角系数完整性可写出: 附图 1 4 332,331,3 223,221,2 113,112,1 )1( AAXAX AAXAX AAXAX =+ =+ =+ 根据角系数互换性可写出: 32,323,2 31,313,1 21,212,1 )2( AXAX AXAX AXAX = = = 将(1),(2)式得: )( 2 1 32123,213,112,1 AAAAXAXAX +=+ (3) 由(3) 、 (1)即得。 7、用热电偶测量气罐中气体的温度。热电偶的初始温度为 20,与气体的表面 传热系数为 10W/(m 2 K)。热电偶近似为球形,直径为 0.2mm.试计算插入 10s 后,热电偶的过余温度为初始温度的百分之几 ?已知热电偶焊锡丝的67 W/(mK),7310kg/m 3 ,c228J/(kg.K) 1、 解:先判断本题能否利用集总参数法。 0333.01049.1 67 101.010 5 3 = = hR Bi 可以用集总参数。 时间常数 s hA cV c 56.5= 则 10s 的相对过余温度 %6.16exp 0 = = c 8、某一炉墙内层由耐火砖、外层由红砖组成,厚度分别为 200mm 和 100mm, 导热系数分别为 0.8W/(mK)和 0.5W/(mK)炉墙内侧、 外侧壁面温度分别为 700 和 50。试计算:(1)该炉墙 单位面积的热损失;(2)若以导热系数为 0.11W/(mK)的保温板代替红砖,其它条件不变,为了使炉墙单位面积热损失低 于1kW/m 2 ,至少需要用多厚的保温板。 解:(1)单位面积散热损失: 5 q= 2 2 1 1 2w1w tt + = 5.0 1.0 8.0 2.0 50700 + =1444.4W/m 2 (2)以保温板替代红砖,由于炉墙热损失不得高于 q 0 =1kW/m 2 2 2 ( 1 12w1w q tt )=0.11( 8.0 2.0 1000 50700 )=0.044m=44mm 9.如图所示的等腰梯形通道,垂直纸面方向为无限长。试计算角系数:X 1,2 5、解:如图作辅助线,由于 10 4,13,12,11,11,1 =+= XXXXX 由对称性可知: 4,13,1 XX = 所以: 3,12,1 21 XX = (5 分) 由于 2 2251 2 1 531 3,1 = + = A AAA X 所以: 10、一外径为 0.3m,壁厚为 5mm 的圆管,长为 5m,外表面平均温度为 80。 200的空气在管外横向掠过,表面传热系数为 80W/(m 2 K)。入口温度为 20 的水以 0.1m/s 的平均速度在管内流动。如果过程处于稳态,试确定管外空气与 管子之间的对流换热量以及水的出口温度。水的比定压热容为 4184J/(kgK), 密度为 980kg/m 3 。 1 答:(1)管外空气与管子之间的对流换热量: ( ) ( ) 80 0.3 5 (200 80) 45239 fw fw hA t t h dl t t W = = = = (2)由于过程处于稳态,管外空气所加的热量由管内水带走,因此, 6 2 ( ) ( 2 ) ( ) 45239 4 c p out in p out in uA c t t u d c t t W = = = 其中 A c 为管内流通截面积: 2 (2) 4 c Ad = 故出口温度为: 2 45239 20 21.7 980 0.1 0.066 4184 ( 2) 4 out in p tt C ud c =+= += 11、为减少热损失和保证安全工作条件,在外直径为 133mm 的蒸汽管道外侧 覆盖保温层。蒸汽管外壁温度为 400,按电厂操作规定,保温材料外侧温度不 得超过 50。如果采用导热系数为 0.0887W/(m2 K)的水泥珍珠岩制品做保温 材料,并把每米管道的热损失 l q 控制在 465W/m 以下,保温层厚度应为多少 毫米? 答:解: 12 2 1 465 1 ln 2 l tt qW d d = 解得:d 2 202.3mm 则保温层厚度为 (202.3-87)/234.6mm 12、一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件,当该导线受火焰或高 温烟气的作用而熔断时报警系统即被触发,一报警系统的熔点为 500,=210 W/(mK),c=420J/(kgK),=7200Kg/m3,初始温度为 25。问当它突然 受到 650烟气加热后,为在 100s 内发生报警讯号,导线的直径应限在多少以 下?表面换热系数为 12W/(m2K)。 解: 假设可以采用集中参数法。 2 2VrlA rl = 2 22Arl Vrlr = = 由 0 hA Vc e = , 12 2 100 7200 420 0 500 650 150 25 650 625 hA Vc r ee = = = 7 150 12 2 ln 100 1.427 625 7200 420r = = r=0.000556m,即直径为 0.00111m,即 1.11mm 验证是否可采用集中参数法: 12 0.00111 0.03 210 V hV Bi A = null ,因此,可以采用集中参数法 13、初温为 25的热电偶被置于温度为 250的气流中。设热电偶接点可近似 看成球形,要使其时间常数 c 1s,问热电偶的直径应为多大?忽略热电偶引线 的影响,且热接点与气流间的表面传热系数为 300W/(m 2 .K),热接点材料的物 性:20W/(m.K),8500kg/m 3 ,c400J/(kg.K)。如果气流与热接点间存 在着辐射换热,且保持热电偶时间常数不变,则对所需热接点直径之值有何影 响? 、解:由于热电偶的直径很小,一般满足集总参数法条件,时间常数为 m c h R A V hA cV c c 5 1082.8 3 = 故热电偶直径 mmRd 529.02 = () 0333.00013.0 / = 见表 ( 分) 分) 分) . 3(分) 17、一烘箱的炉门由两种保温材料 A 和 B 做成,且 2 AB = 。已知 0.1 / A Wmk = , 0.06 / B Wmk = 。烘箱内空气温度 t f1 =400,内壁面的总表面传热 系数 2 1 50 /hWmk= 。为安全起见,希望烘箱炉门的外表面温度不得高于 50。设 可把炉门导热作为一维导热问题处理,试确定所需保温材料的厚度。环境温度 t f2 =25,外表面总表面传热系数 2 2 9.5 /hWmk= 。 解:按照热平衡关系,有: 10 1 22 1 () 1 400 50 9.5(50 25) 21 50 0.1 0.06 0.0396m 2 0.0792 fw wf AB AB BB BAB tt ht t h m = + = + =由此得: ; 18、如附图 2 所示,导热系数分别为 1=0.08W/(mK),2=0.03W/(mK) 的材料,厚度分别为 2mm 和 1mm,中间紧夹有一层厚度可以不计的加热膜, 加热膜的温度维持在 60。材料 A 的一侧维持在 t1=30的温度,材料 B 的一 侧与温度 tf=20,表面传热系数 h=50W/(m2 K)的气流相通,假定过程为稳 态,试确定加热膜所施加的热流密度大小。 解:本题属于能量守恒问题, AB qqq=+ 2 30 0.08 1200 / 0.002 A dT qWm dx = = 2 40 1133.14 / 0.001 1 0.03 50 B h T RR = = + + 2 2333.14 / AB qqq Wm=+= 19、温度 t f =50的空气平行掠过一表面温度为 t w =100的平板表面,平板下 表面绝热。平板沿流动方向的长度为 0.2m,宽度为 0.1m。此时按平板长度计 算的雷诺数 Re=610 4 。试确定:(1)平板表面与空气间的平均表面传热系数 和传热量;(2)如果空气的流速增大为原来的 10 倍时,其它条件不变,平板 表面与空气间的平均表面传热系数。(10 分) (层流时平板表面平均努塞尔数 1/2 1/3 0.664 er Nu R P= ,湍流时平板表面平均努塞 尔数 3/15/4 )871037.0( re PRNu = ,已知空气 75时的物性参数为: )/(0299.0 KmW = , 附图 11 7.0= r P )。 解:(1)空气的定性温度 Cttt wfm 0 75)( 2 1 =+= ,此时的物性参数为: )/(0299.0 KmW = , 7.0= r P 由于 54 105106 = e R ,属湍流流态。 2.6047.0)871)106(037.0()871037.0( 3/18.053/15/4 2 = re PRNu 2 0.0299 604.2 90.33( / ) 0.2 Nu hWmC l = = 。 20、 20的水以 1.32m/s 的速度外掠长 250mm 的平板,壁温 t w 60。求 x 250mm 处下列各项局部值: , t , C f,x , h x ,并计算全板长的平均传热系数 h,全板 换热量。 (板宽为 1m) 。不同温度下水的热物理参数如表 1 所示。 表 1 水的热物理性质 解: () 5 6 1 1 33 32 1 11 42 322 , 2 1.32 0.25 Re 5.0 10 0.659 10 5.0 Re 1.77 10 1.09 10 0.664Re 9.38 10 0.332 Re 971 /( ) 2 1942 /( ) 19420 x xt fx x x x xwf ux xmpr m ChprWK x hh WmK httA W = = = = = = = = =- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传热学 题型
装配图网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
关于本文