09 传热学例题.pptx

第1页：传热学习题课

传热学习题课

第2页：思考分析题

• 思考分析题
• 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）
• 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

第3页：格拉晓夫准则（Gr数）

• 写出格拉晓夫准则（Gr数）的表达式及物理意义

第4页：表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小

• 表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小。

第5页：两块厚度相同的无限大平壁

• 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？

第6页：传热学习题课

• 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。

第7页：非稳态导热物体

• 非稳态导热物体可以用集总参数法分析的条件是什么？

第8页：导热物体内部导热热阻忽略不计

• 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：或（M是与物体几何形状有关的无量纲数）。

第9页：空气自然对流散热算例

• 在气温为10ºC的房间内用细绳吊一段直径均匀的圆柱冰块，过一段时间后，冰块的形状会发生哪些变化？冰块会在绳上完全融化吗？

第10页：由题意知

• 由题意知，该冰柱的融化过程相当于竖圆柱的自然对流换热。根据竖壁自然对流换热的机理，由于冰柱壁面温度低于周围空气温度，故流体贴壁向下流动，边界层上部薄而下部厚。局部对流换热系数上部较大而下部较小，因此，虽然冰柱整个会慢慢融化，但是上部融化较快，其形状会变得上部细、下部粗，不等在绳上全部融化完就会掉在地上。

第11页：写出基尔霍夫定律的数学表达式

• 写出基尔霍夫定律的数学表达式，说明其含义及适用条件。

第12页：物体辐射力与它对黑体辐射的吸收比之比等于

适用条件

实际物体与黑体投射辐射处于热平衡，或者为灰体。

• 物体辐射力与它对黑体辐射的吸收比之比等于同温下黑体的辐射力，适用条件：系统处于热平衡；（2），物体对黑体辐射的吸收比等于同温下该物体的发射率。（表明善于吸收的物体必善于发射，反之亦然。）

第13页：传热学习题课

• 冬天，在相同的室外温度条件下，为什么骑摩托车比步行时感到更冷些，一般要戴皮手套和护膝？

第14页：因为强制对流换热强度与流体壁面之间的相

• 因为强制对流换热强度与流体壁面之间的相对速度有关，相对速度越大，对流换热越强。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。

第15页：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和本身辐射哪一个大些？

第16页：灰体表面的有效辐射大些

• 灰体表面的有效辐射大些。，因，则。

第17页：用温度计测量管内高温空气的温度

• 用温度计测量管内高温空气的温度。温度计示数为ts，管内壁温度为tw，而空气实际温度为tf，则ts、tw、tf三者的相对大小如何？（按tw>tf及tw<tf两种情况说明。）

第18页：（原因

（原因

考虑到管壁对温度计的辐射传热。）

• 若tw> tf，则tw> ts> tf，即测的温度偏高；若tw< tf，则tw< ts< tf，即测的温度偏低。

第19页：绿色住宅的一种节能方式

• 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。

第20页：夏天室内热负荷主要来自太阳辐射

• 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或少用暖气。这样便可达到节能的目的。

第21页：利用肋化换热器来实现水与空气间的换热

• 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？

第22页：为强化传热

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。

• 为强化传热，应将肋片加在空气侧。

第23页：计算题

• 计算题
• 有一输送液化天然气的长管道，管内液化天然气的温度为-125ºC。管道外直径为89mm，其外敷设导热系数为0.05W/(m.ºC)、厚度为100mm的保温层。环境气温为25ºC，管外空气与保温层之间的对流换热系数为12W/(m2.ºC)。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。

第24页：解：本题为通过圆筒壁及保温层的传热问题

• 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：管道外径：保温层外径：则单位管长的传热量（热损失）传热方向是由外部空气向管内流体。

第25页：有一套管式换热器利用热水加热原油

• 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95ºC和50ºC，热水流量为0.8 kg/s，比热为4.2 kJ/(kg.ºC)；原油的进口温度为30ºC，加热后变为60ºC，原油比热为2.5 kJ/(kg.ºC)。忽略换热器的热损失，问
• 该换热器是逆流还是顺流？
• 换热器的对数平均温差是多少？
• 原油流量是多少？
• 油水之间的换热量是多少？

第26页：则对数平均温差

• 解
• 由题意知道
• 由于原油出口温度大于热水出口温度，则判断为逆流。
• 换热器端差
• 则对数平均温差
• 忽略换热器的热损失，根据热量平衡方程得到

第27页：油水间的换热量

• 油水间的换热量为

第28页：冷却水以2m

• 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20°C，铜管内壁温度为95°C，试求水被加热到60°C时所需的管长。

第29页：

第30页：水的物性参数表

• Prν×106m2/sμ×106kg/(m.s)λ×102,W/(m.°C)cpkJ/(kg.°C)ρkg/m3T°C7.021.0061004.259.54.1826998.2205.420.805801.261.94.1784995.7304.310.659653.163.44.1784992.2403.540.559549.264.84.1826998.1502.980.478469.765.94.1868983.2602.550.415406.0066.84.1910977.8702.210.365355.0067.54.1952971.8801.950.326314.7968.04.2035965.3901.750.295282.4368.34.2161958.4100

第31页：解：这是一个管内强迫对流换热问题

确定定性温度及物性参数

流体平均温度，壁温tw=95°C（2）查附录得水的物性参数为

• 解：这是一个管内强迫对流换热问题。

第32页：判定流型

• 判定流型
• 为旺盛紊流。
• 选用公式
• 假设满足，则

第33页：计算对流传热系数

• 计算对流传热系数
• 根据热平衡方程求管长

第34页：传热学习题课

• 所以
• 校核：成立。

第35页：有两块相距甚近且平行放置的大平板

• 有两块相距甚近且平行放置的大平板，表面温度分别为T1=500K、T2=1000K，表面黑度分别为ε1=0.85、ε2=0.95。试计算
• 两板之间单位面积上的辐射换热量
• 若在两板之间插入一块两面黑度均为ε3=0.05的遮热板，此时两板间的辐射换热量又为多少？

第36页：解：建议画出示意图、辐射热阻图（略）

• 解：建议画出示意图、辐射热阻图（略）。
• 由题意知，（1）

第37页：插入遮热板后

插入遮热板后

第38页：（本题15分）某种火警报警器的有效部位

• （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=500ºC，其密度为ρ=7200kg/m3，比热为c=400J/(kg.ºC)，导热系数为λ=200 W/(m.ºC)。正常状态下金属球的温度为25ºC，当突然受到温度为tf=675ºC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α=25W/(m2.ºC)。
• 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？

第39页：解：对于球体

• 解：对于球体，V/A＝r/3。假设成立，可用集总参数法计算。
• 带入数据得

第40页：传热学习题课

• 验证
• 成立，假设正确。
• 如果考虑金属球升温后辐射散热增强，那么金属球单位时间内净得的热量会降低，为了保证在20秒内发出警报，金属球半径应该稍减少些。
• 由题意知，有tw<ts<tf，则金属球的能量平衡方程为