传热学习题

1-1为测定某材料的导热系数，用该材料制成厚5mm的大平壁，保持平壁两表面间的温差为30℃，并测得通过平壁的热流密度为6210W/m2。试确定该材料的导热系数。

??=??

????????.?????????=??=????????×=??.????????/???? ??????????1-6 在测定空气横掠单根圆管的对流传热实验中，得到如下数据：管壁平均温度tw=60℃，空气温度tf =20℃，管子外径d =14mm，加热段长L=80mm，输入加热段的功率Φ=8.6kW。如果全部热量通过对流换热传给空气，问此时对流传热的表面传热系数多大？

??=??????????=

????????????

==

????????????????.????×??.??????×??.????× ????????? =????????????/??????

1-7 一电炉丝，温度为847℃，长1.5m ，直径2mm，表面发射率为0.95。试计算电炉丝的辐射功率。

??=??????????= ??????????????=??.????×??.????×??.????×??.??????×??.??× ??.????+??.???? ??=

??????.??????

2

2-2 厚度为100mm的大平壁稳态导热时的温度分布曲线为t=a+bx+cx（x的单位为m），

其中a=200℃，b=-200℃/m，c=30℃/m2，材料的导热系数为45 W/(m?K)。（1）试求平壁两侧壁面处的热流密度；（2）该平壁是否存在内热源？若存在的话，强度是多大？

(1)

?? ?? =???

????

=?????× ??+?????? =?????× ???????+?????? =??????????????????? ??????(??)=??????????/???? q(0.1)= ???????????????=??????????/????

(2)

?????????????????

=???????????/????

??.??3-5 平壁内表面温度为420℃，采用石棉作为保温材料，若保温材料的导热系数与温度的关系为λ=0.094+0.000125{t}℃ W/(m?K)，平壁保温层外表面温度为50℃，若要求热损失不超过340W/????，问保温层的厚度应为多少？

保温层平均温度

??=??.??× ??????+???? =??????℃

平均导热系数

=0.094+0.000125{??}=0.094+0.000125×??????=??.????????W/(m?K) ??

?????????????????????=?????=??=??.????????×=??.????????

??????????????=

3-26一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传感元件，其原理是当金属丝受火焰或高温烟气作用而熔断时，报警系统即被触发。若该金属丝的熔点为500℃，其导热系数为210W/(m?K)，密度为7200kg/m3，比热为420J/(kg?℃)。正常情况下金属丝的温度为25℃，当突然受到650℃的烟气加热后，为保证在30秒内发生报警信号，问金属丝直径最大为多少？设烟气与金属丝的总换热系数为24 W/(m2?K)。

?hA??t?t???exp???? ?0t0?t???Vc?500?65024×20.0004762=exp(?×30)=exp(?)

25?6507200×420??????=0.000334m=0.334mm

??=0.668mm

计算Bi数，可判断满足集总参数分析法的使用条件：

0.24=

????=

?????

=

24×0.000334

210

=3.82×10?5<0.1

4-5 在一台缩小为实物1/8的模型中，用20℃的空气来模拟实物中平均温度为260℃烟气的对流传热过程。实物中烟气的平均流速为8m/s，问模型中空气的流速应为多少？若模型中的平均表面传热系数为240W/(m2?K)，求相应实物中的值。在这一实验中，模型与实物中流体的Pr数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值？

求解思路：模型与原设备中研究的是同类现象，单值性条件亦相似，根据相似原理，模型与实物的已定准则Re、Pr数和待定准则Nu数相等。取流体温度为定性温度分别查取空气、烟气的物性参数：ν、λ、Pr。进而根据模型与实物的Re、Nu数对应相等分别求解流速、换热系数。

讨论：模型与实物中流体的Pr数并不严格相等，但考虑到本题中Pr数并不是影响对流传热的主要因素，而且两个数值相差也不大，因此模化实验的结果仍有工程使用价值。

4-12 水以2m/s的速度流过内径为20mm的铜管，进口温度为20℃。设铜管内壁平均温度为90℃。试求将水加热到60℃时所需的管长。

5已知：1.013?10Pa下的空气在内径为76mm的直管内流动，入口温度为65℃，入口30.022m/s，管壁的平均温度为180℃。 体积流量为

求：管子多长才能使空气加热到115℃。

解：定性温度

tf?65?115?903??0.972kg/m2℃，相应的物性值为：

cp?1.009kJ/?kg?K?,??3.13?10?2W/?m?K?,??21.5?10?6kg/?m?s?,Pr?0.6903??1.0045kg/m 在入口温度下，，故进口质量流量：

??0.022m3/s?1.0045mkg/m3?2.298?10?2kg/s，

?4m4?2.298?10?2?106Re???17906?104?d?3.1416?0.076?21.5，先按l/d?60计，

Nu0?0.023?179060.8?0.690.4?50.08,h? 空气在115 ℃时，

cp?1.009kJ/?kg?K?，65℃时，

50.08?0.0313?20.62W/m2?K0.076cp?1.007kJ/?kg?K???。

故加热空气所需热量为：

\''33?c\??mt?ct?0.02298?1.009?10?115?1.007?10?65?1162.3Wpp???? 采用教材P165上所给的大温差修正关系式：

?Tfct???T?w????0.53?273?90????273?180??0.53?363????453??0.53?0.885。

所需管长：

l??1162.3??2.96m?dh?tw?tf?3.1416?0.076?20.62?0.885??180?90?

l/d?2.96/0.076?38.6?60，需进行短管修正。采用式（5-64）的关系式：

cf?1??d/l?

0.7?1.0775?，所需管长为2.96/1.0775=2.75m。

5-7 试用简捷方法确定附图中的角系数X1,2。

5-23 用裸露的热电偶测定圆管中气流的温度，热电偶的指示值为170℃，热电偶接点表面的发射率为0.8。测得管壁温度为90℃，气流与热接点的对流传热表面传热系数为50W/(m2?℃)。试确定气流的真实温度及测温误差。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/caqo.html