[工學(xué)]傳熱學(xué)典型習(xí)題詳解-展示頁(yè)
2025-01-18 14:37本頁(yè)面
【正文】 用套管溫 度計(jì)測(cè)量容器內(nèi)的流體溫度，為了減小測(cè)溫誤差，套管材料選用銅還是不銹鋼 ? 答：由于套管溫度計(jì)的套管可以視為一維等截面直助，要減小測(cè)溫誤差 (即使套管頂部溫度 tH盡量接近流體溫度 tf)，應(yīng)盡量減小沿套管長(zhǎng)度流向容器壁面的熱量，即增大該方向的熱阻。因此曲線 1對(duì)應(yīng)的是導(dǎo)熱系數(shù)大的材料．曲線 2對(duì)應(yīng)導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。 兩種幾何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的對(duì)流環(huán)境 (即表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 和流體溫皮均相同 )下，沿肋高方向溫度分布曲線如圖所示。 K)(35℃ )，而多孔空心磚中充滿著不動(dòng)的空氣，空氣在純導(dǎo)熱 (即忽略自然對(duì)流 )時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)很低，是很好的絕熱材料。 答：由于過(guò)程是穩(wěn)態(tài)的，因此在三種情況下，熱流量 分別為常數(shù)，即： 所以對(duì)情形①： ； 同理，對(duì)情形②： ； 對(duì)情形③： 。試說(shuō)明它的導(dǎo)熱系數(shù)λ是隨溫度增加而增加，還是隨溫度增加而減小 ? 答 :由傅立葉里葉定律， 圖中 隨 x增加而減小，因而 隨 x增加而增加，而溫度 t隨 x增加而降低，所以導(dǎo)熱系數(shù) 隨溫度增加而減小。 將 q=669w/m2 代入上式， 得 Te= 導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱部分 一、基本概念 本節(jié)的基本概念主要包括對(duì)傅里葉定律的理解，導(dǎo)熱系數(shù)的主要特點(diǎn)與性質(zhì)，建 立物理問(wèn)題所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)描寫及相應(yīng)的求解方法，邊界條件的處理，利用幾種典型幾何形狀物理問(wèn)題解的特點(diǎn)繪制溫度場(chǎng)的分布曲線，利用熱阻分析方法分析實(shí)際的物理問(wèn)題，能處理變導(dǎo)熱系數(shù)的影響，以及利用肋片導(dǎo)熱的特點(diǎn)分析問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。試確定地球表面的平衡溫度。 K)，空氣溫度為 20℃。故出口溫度為： 白天，地球表面接受來(lái)自太陽(yáng)的輻射熱流密度為 669W/m2。 K)，密度為 980kg/m3。如果過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)，試確定水的出口溫度。 K)。 一外徑為 ，壁厚為 5mm的圓管，長(zhǎng)為 5m，外表面平均溫度為 80℃。 解： (1)雙層玻璃窗情形，由傳熱過(guò)程計(jì)算式： (2)單層玻璃窗情形： 顯然，單層玻璃竊的散熱量是雙層玻璃窗的 。試計(jì)算通過(guò)雙層玻璃窗的散熱量，并與單層玻璃窗相比較。 K)； 室外空氣溫度為 10℃，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 15 W/(m2室內(nèi)空氣溫度為 25℃。 K)；中間空氣層厚 5MM，設(shè)空氣隙僅起導(dǎo)熱作用，導(dǎo)熱系數(shù)為 (m另外，傳熱過(guò)程、熱阻綜合分析法及能量守恒定律也是較重要的內(nèi)容。則由熱平衡： ， 由于 Ta＞ 0℃，而 Tsky＜ 0℃，因此，地球表面溫度 Te有可能低于 0℃，即有可能結(jié)冰。 解：如圖所示。 答：有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及熱傳遞方式 (1)由熱水到暖氣片管到內(nèi)壁，熱傳遞方式是對(duì)流換熱 (強(qiáng)制對(duì)流 )； (2)由暖氣片管道內(nèi)壁至外壁，熱傳遞方式為導(dǎo)熱； (3)由暖氣片外壁至室內(nèi)環(huán)境和空氣，熱傳遞方式有輻射換熱和對(duì)流換熱。根據(jù)上題人體對(duì)冷感的感受主要是散熱量的原理，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣 。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。夏季室外溫度比室內(nèi)氣溫高，因此通過(guò)墻壁的熱量傳遞方向是出室外傳向室內(nèi)。試從傳熱的觀點(diǎn)分析原因。而經(jīng)過(guò)拍打的棉被可以讓更多的空氣進(jìn)入，因而效果更明顯。而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導(dǎo)熱，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小 (20℃， 105Pa時(shí)，空氣導(dǎo)熱系數(shù)為 (m試解釋原因。緒論部分 一、基本概念 主要包括導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射換熱的特點(diǎn)及熱傳遞方式辨析。 冬天，經(jīng)過(guò)在白天太陽(yáng)底下曬過(guò)的棉被，晚上蓋起來(lái)感到很暖和，并且經(jīng)過(guò)拍打以后，效果更加明顯。 答：棉被經(jīng)過(guò)晾曬以后，可使棉花的空隙里進(jìn)人更多的空氣。 K)，具有良好的保溫性能。 夏季在維持 20℃的室內(nèi)工作 ，穿單衣感到舒適，而冬季在保持 22℃的室內(nèi)工作時(shí)，卻必須穿絨衣才覺得舒服。 答：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度的不同。而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，通過(guò)墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室外。因此，盡管冬季室內(nèi)溫度 (22℃ )比夏季略高(20℃ )，但人體在冬季通過(guò)輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。 試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過(guò)程，各環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？以暖氣片管內(nèi)走熱水為例。 冬季晴朗的夜晚，測(cè)得室外空氣溫度 t高于 0℃，有人卻發(fā)現(xiàn)地面上結(jié)有 — 層簿冰，試解釋原因 (若不考慮水表面的蒸發(fā) )。假定地面溫度為了 Te，太空溫度為 Tsky，設(shè)過(guò)程已達(dá)穩(wěn) 態(tài)，空氣與地面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h，地球表面近似看成溫度為 Tc的黑體，太空可看成溫度為 Tsky的黑體。 二、定量計(jì)算 本節(jié)的定量計(jì)算主要是利用熱量傳遞的三種基本方式所對(duì)應(yīng)的定律，即導(dǎo)熱的傅里葉定律，對(duì)流換熱的牛頓冷卻公式，熱輻射的斯蒂藩 — 玻耳茲曼定律進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。 一雙層玻璃窗，寬 ，高 ，厚 3mm，導(dǎo)熱系數(shù)為 (m K)。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 20W/(m2 K)。假定在兩種情況下室內(nèi)、外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。因此，北方的冬天常常采用雙層玻璃窗使室內(nèi)保溫。 200℃的空氣在管外橫向掠 過(guò)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 80W/(m2入口溫度為 20℃的水以 。水的比定壓熱容為 4184J/(kg 解： (1)管外空氣與管子之間的對(duì)流換熱量： (2)由于過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)，管外空氣所加的熱量由管內(nèi)水帶走，因此， 其中 Ac為管內(nèi)流通截面積。設(shè)地表空氣與地面向的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 30 W/(m2設(shè)地球可以看成黑體表面，且地球?qū)μ盏妮椛淇煽闯墒菍?duì) 0K黑體空間的輻射。 解：由熱平衡關(guān)系，地球接受來(lái)自太陽(yáng)的輻射熱量以兩種方式散掉，即與空氣的對(duì)流換熱及與太空的輻射換熱，設(shè)過(guò)程為穩(wěn)態(tài)，有： 。 一維無(wú)內(nèi)熱源、平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度場(chǎng)如圖所示。 如圖所示的雙層平壁中，導(dǎo)熱系數(shù)λ 1，λ 2為定值，假定過(guò)程為穩(wěn)態(tài)，試分析圖中三條溫度分布曲線所對(duì)應(yīng)的λ 1和λ 2的相對(duì)大小。 在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實(shí)心磚還是多孔的空心磚好 ?為什么 ? 答：在其他條件相同時(shí)，實(shí)心磚材料如紅磚的導(dǎo)熱系數(shù)約為 0． 5W/(m因而用多孔空心磚好。請(qǐng)判斷兩種材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小和肋效率的高低 ? 答：對(duì)一維肋片，導(dǎo)熱系數(shù)越高時(shí)，沿肋高方向熱阻越小，因而沿肋高方向的溫度變化 (降落或上升 )越小。而且，由肋效率的定義知，曲線 1的肋效率高于曲線 2。所以，從套管樹料上說(shuō)應(yīng)采用導(dǎo)熱系數(shù)更小的不銹鋼。保溫材料的一個(gè)共同特點(diǎn)是它們經(jīng)常呈
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