傳熱學(xué)習(xí)題課導(dǎo)熱部分學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1傳熱學(xué)習(xí)題課導(dǎo)熱傳熱學(xué)習(xí)題課導(dǎo)熱(dor)部分部分第一頁，共83頁。第1頁/共82頁第二頁，共83頁。完后，壺內(nèi)是氣體，傳熱性能變差，使壁溫急劇提高，可能出現(xiàn)超過鋁的熔點(diǎn)，而被燒壞。第2頁/共82頁第三頁，共83頁。(jiobn)時(shí)為強(qiáng)制對流其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100015000 W/(m2K)。再根據(jù)牛頓冷卻公式可知，攪拌(jiobn)時(shí)熱流密度與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)成正比。因此在攪拌(jiobn)時(shí)握杯子的手顯著地感到熱。第3頁/共82頁第四頁，共83頁。第4頁/共82頁第五頁，共83頁。種布置？冷面冷面熱面熱面液體液體(a)(b)第5頁/共82頁第六頁，共83頁。運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生自然對流。流體在水

2、平夾層內(nèi)流動(dòng)，屬自然對流換熱。通過實(shí)驗(yàn)來測定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用(a)圖的布置。第6頁/共82頁第七頁，共83頁。是凸出于飛船船體之外的一個(gè)光學(xué)窗口，其表面的溫度狀態(tài)直接影響到飛船的光學(xué)遙感器。船體表面各部分的表面溫度與遮光罩的表面溫度不同(b tn)。試分析，飛船在太空中飛行時(shí)與遮光罩表面發(fā)生熱交換的對象可能有哪些？換熱的方式是什么？飛船船體外遮光罩第7頁/共82頁第八頁，共83頁。、遮光罩外的太空。（2）遮光罩與船體(chun t)間有導(dǎo)熱、熱輻射；遮光罩與太空的熱輻射。第8頁/共82頁第九頁，共83頁。li)溫度。如附圖所示，用熱電偶來測量管道中高溫氣流(qli)的溫度Tf，管道

3、溫度TwTf。試分析熱電偶結(jié)點(diǎn)的換熱方式。TfTw熱電偶結(jié)點(diǎn)第9頁/共82頁第十頁，共83頁。)間的對流換熱，熱輻射換熱；熱電偶管壁的導(dǎo)熱和熱輻射換熱。第10頁/共82頁第十一頁，共83頁。抽氣(chu q)口第11頁/共82頁第十二頁，共83頁?？眨婵帐雇ㄟ^導(dǎo)熱的熱損失降到最低，真空情況下不存在(cnzi)對流換熱。涂了反射率很高的銀，減少了熱輻射換熱。抽氣口破壞極大地影響保溫效果。第12頁/共82頁第十三頁，共83頁。厚為260，平均導(dǎo)熱系數(shù)為1.5W/(mK)。設(shè)面向室內(nèi)(sh ni)的表面溫度為25，而外表面溫度為-5，試確定此磚墻向外散失的熱量。n解：WttAQoi923.2076

4、26. 0525125 . 1第13頁/共82頁第十四頁，共83頁。管的對流換熱試驗(yàn)中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度tw=69，空氣溫度tf=20，管子外徑d=14，加熱段長80，輸入加熱段的功率為。如全部熱量通過對流換熱傳給空氣，試問此時(shí)(csh)的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為多大？解：KmWttdlQhttdlhtthAQfwfwfw2/3 .49206908. 0014. 05 . 8)(第14頁/共82頁第十五頁，共83頁。n)的黑體平行平板，溫度分別為T1及T2。試按黑體的性質(zhì)及斯忒藩玻耳茲曼定律導(dǎo)出單位面積上輻射換熱熱量的計(jì)算式。（提示：無限靠近(kojn)意味著每一塊板發(fā)出的輻射能全部落

5、到另一塊板上。）解：4241TTAq第15頁/共82頁第十六頁，共83頁。h1=95W/(K)，壁面厚=2.5，=46.5W/(mK)，水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h2=5800W/(K)。設(shè)傳熱壁可以看作平壁，試計(jì)算各個(gè)環(huán)節(jié)單位面積(min j)的熱阻及從氣到水的總傳熱系數(shù)。你能否指出，為了強(qiáng)化這一傳熱過程，應(yīng)首先從哪一環(huán)節(jié)著手？第16頁/共82頁第十七頁，共83頁。WKmh/10053. 19511221WKmh/10724. 1580011242WKm/10376. 55 .460025. 025KmWhhk221/002.93111第17頁/共82頁第十八頁，共83頁。35. 757 . 921t

6、KmWtAQk2/313.78235. 71269000第18頁/共82頁第十九頁，共83頁。x、y、z三個(gè)方向的熱流密度分別為qx、qy及qz，如何獲得該點(diǎn)的熱流密度矢量？答：kqjqiqqzyx第19頁/共82頁第二十頁，共83頁。熱微分方程所依據(jù)的基本定律。答：導(dǎo)熱微分方程是根據(jù)對一微體能量守恒和導(dǎo)熱傅立葉定律導(dǎo)出的。第20頁/共82頁第二十一頁，共83頁。規(guī)定邊界上物體與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及周圍流體的溫度值。 1, 0ftw 2, 0fntwfwwtthnt, 0第21頁/共82頁第二十二頁，共83頁。及其使用條件。答：原則：串聯(lián)熱量傳遞過程中，通過各個(gè)環(huán)節(jié)的熱流量都相同，各串聯(lián)

7、環(huán)節(jié)的總熱阻等于各串于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻的和。使用條件：穩(wěn)態(tài)傳熱，通過各個(gè)環(huán)節(jié)熱流量都相同，忽略(hl)接觸熱阻。第22頁/共82頁第二十三頁，共83頁。圓柱中的導(dǎo)熱問題，在哪些情形下可以按一維問題來處理？答：短圓柱橫截面上的溫度分布接近均勻時(shí)，可按一維問題處理。第23頁/共82頁第二十四頁，共83頁。)可以按一維問題(wnt)處理的條件是什么？有人認(rèn)為，只要擴(kuò)展表面細(xì)長，就可按一維問題(wnt)處理，你同意這種觀點(diǎn)嗎？答：擴(kuò)展表面的橫截面上的溫度分均勻可按一維問題(wnt)處理。不同意，擴(kuò)展表面細(xì)長，如果不能保證在其橫截面上溫度分布均勻，不能按一維問題(wnt)處理。第24頁/共82頁第二十五頁

8、，共83頁。肋表面處于肋基溫度下的散熱量的增加速率而產(chǎn)生的。肋片的高度(god)增加，總是使實(shí)際肋片的導(dǎo)熱熱流量增加，不會(huì)出現(xiàn)下降。這可從肋片熱流量計(jì)算式（2-38）看出。第25頁/共82頁第二十六頁，共83頁。現(xiàn)導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，請你提供理論依據(jù)。答：因穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源、導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的二維導(dǎo)熱問題的控制方程(fngchng)（2-46a）與導(dǎo)熱系數(shù)無關(guān)；四個(gè)邊界條件是溫度邊界條件，不包含導(dǎo)熱系數(shù)（2-46b）。（2-49）式是上述定解問題的解，自然不出現(xiàn)導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)。第26頁/共82頁第二十七頁，共83頁。第27頁/共82頁第二十八頁，共83頁。ABh2tf2h1tf1twBA2Km

9、WKmWBA/06. 0,/1 . 0KmWh21/50KmWh22/5 . 9。 第28頁/共82頁第二十九頁，共83頁。rli)密度為：mmmWqtthhttqttttqtthtthqBABfwfwBAwwBBBABwwfwwf0792. 020396. 006. 011 . 025 .2375025.395/5 .23725505 . 925.3952550505 . 94001222212111122111第29頁/共82頁第三十頁，共83頁。不變。KmW/06. 0KmW/12. 0第30頁/共82頁第三十一頁，共83頁。mdmdmd4 . 0,25. 0,1 . 032131313

10、1120521. 0188.19225. 04 . 0ln12. 011 . 025. 0ln06. 012ttlttlttl24. 10521. 00646. 020646. 0469.15225. 04 . 0ln06. 011 . 025. 0ln12. 012123131312ttlttlttl第31頁/共82頁第三十二頁，共83頁。的塑料制成，其導(dǎo)熱系數(shù)(xsh) 。儲(chǔ)罐內(nèi)裝滿工業(yè)用油，油中安置了一電熱器，使罐的內(nèi)表面溫度維持在400K。該儲(chǔ)罐置于25的空氣中，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(xsh)為。試確定所需的電加熱功率。KmW/5 . 1mlm。rKmW5 . 1,5 . 0/1002r0lh

11、, tf第32頁/共82頁第三十三頁，共83頁。通過(tnggu)球殼的散熱量：總的電加熱功率為：Wrhrrttlfw5771.440002. 05 . 01015 . 002. 05 . 0ln5 . 11252734005 . 1211ln1200011Wrhrrttiiifw6911.430302. 05 . 010102. 05 . 015 . 01252734005 .268.8704691.4303577.440021第33頁/共82頁第三十四頁，共83頁。出此時(shí)確定0及b的計(jì)算式。bt10第34頁/共82頁第三十五頁，共83頁。KmWtAtA/056.

12、540852 . 0025. 0182020210111btbt110211221122121122121211111111btttbttbbtbtbtbt第35頁/共82頁第三十六頁，共83頁。內(nèi)熱源、變截面、變導(dǎo)熱系數(shù)的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱導(dǎo)熱問題的溫度場微分方程（參考附圖）。 xA(x)dxxx+dxx第36頁/共82頁第三十七頁，共83頁。 dxdtxAxftthPdx dxdxdtxAdxddxdtxAdxx fftthPdxdtxAdxdtthPdxdxdxdtxAdxd0第37頁/共82頁第三十八頁，共83頁。;54. 2,24.15,/284,/2082mmmmHKmWhKmW.54.

13、 2,24.15,/511,/5 .412mmmmHKmWhKmW9243. 04997. 04619. 04619. 04997. 01024.1500254. 0208284224997. 04997. 04997. 04997. 03mHmHtheeeeeeeemHthHhmHfmHmHmHmH第38頁/共82頁第三十九頁，共83頁。6033. 05006. 19503. 09053. 05006. 11024.1500254. 05 .41511225006. 15006. 15006. 15006. 13mHmHtheeeeeeeemHthHhmHfmHmHmHmH第39頁/共82頁

14、第四十頁，共83頁。t2t1第40頁/共82頁第四十一頁，共83頁。元溫度解。第41頁/共82頁第四十二頁，共83頁。及數(shù)學(xué)上處理的特點(diǎn)。答：物理概念：固體內(nèi)部(nib)的導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于其表面的換熱熱阻時(shí)，固體內(nèi)部(nib)的溫度趨于一致，可以認(rèn)為整個(gè)固體在同一瞬間均處于同一溫度下。數(shù)學(xué)處理的特點(diǎn)：溫度分布與坐標(biāo)無關(guān)。第42頁/共82頁第四十三頁，共83頁。溫度場時(shí)，怎樣才能改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性？答：減少時(shí)間常數(shù)，可改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性。減少熱電偶的體積，加大表面換熱效果(xiogu)，采用熱容量小的材料。hAcV第43頁/共82頁第四十四頁，共83頁。舉出一二個(gè)按無限大平板處理的非穩(wěn)

15、態(tài)導(dǎo)熱問題。答：當(dāng)平板的寬和高度尺寸遠(yuǎn)大于厚度尺寸，其板寬和高方向邊界的熱傳遞(chund)對遠(yuǎn)離它們的板中間部分影響很小時(shí)，可把其看成“無限大平板”。如：房屋墻壁，房頂?shù)?。?4頁/共82頁第四十五頁，共83頁。充分發(fā)展階段？這一階段在物理過程及數(shù)學(xué)處理上都有些(yuxi)什么特點(diǎn)？答：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段是初始條件的影響消失，物體中溫度分布主要取決于邊界條件及物性的傳熱階段。這一階段傅立葉數(shù)，可用無窮級(jí)數(shù)解的第一項(xiàng)近似解。2 . 0oF第45頁/共82頁第四十六頁，共83頁。 xxm1cos, mx和, mx和時(shí),第46頁/共82頁第四十七頁，共83頁。第47頁/共82頁

16、第四十八頁，共83頁。它的使用條件是什么？答：用低維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的已知解經(jīng)相乘得到高維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的解的方法，稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的乘積解法。使用條件是：乘積解必須能滿足相應(yīng)高維問題的控制(kngzh)方程和定解條件。第48頁/共82頁第四十九頁，共83頁。體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱存在正規(guī)狀況階段嗎？答：從x=0的界面開始(kish)可以向正的x方向及其它兩個(gè)坐標(biāo)（y，z）方向無限延伸的物體為產(chǎn)無限大物體。半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱不存在正規(guī)狀況階段。因其解在處的溫度幾乎仍處在初始溫度下，初始條件的影響依然存在。ax4第49頁/共82頁第五十頁，共83頁。第50頁/共82頁第五十一頁，共83頁。熱時(shí)）、

17、穩(wěn)定狀態(tài)及兩個(gè)中間狀態(tài)。第51頁/共82頁第五十二頁，共83頁。第52頁/共82頁第五十三頁，共83頁。的中間狀態(tài)高，由于進(jìn)入穩(wěn)態(tài)傳熱，溫度是分段線性分布。第53頁/共82頁第五十四頁，共83頁。絕熱層3-4習(xí)題附圖管壁h, tf電阻加熱器距離t0穩(wěn)態(tài)后中間前中間初始題解示意圖第54頁/共82頁第五十五頁，共83頁。室溫為t的房間中。物體表面的發(fā)射率為，表面與空氣間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h。物體的體積為V，參與換熱的面積(min j)為A，比熱容和密度分別為c和。物體的內(nèi)熱阻可略而不計(jì)，試列出物體溫度隨時(shí)間變化的微分方程式。提示：物體單位面積(min j)上的輻射換熱量為。44TT第55頁/共82頁

18、第五十六頁，共83頁?？捎眉倕?shù)法求解：物體表面上的熱交換折算成整個(gè)問題的內(nèi)熱源為：代入有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱(dor)微分方程得：44273273ttAttAhV027327344tttthcVAddtcddt第56頁/共82頁第五十七頁，共83頁。t1t2第57頁/共82頁第五十八頁，共83頁。熱折算成成整個(gè)問題的內(nèi)熱源為：代入有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱微分方程得：1ttAkV01ttcVAkddtmckAmckACettteettCtttt：CmckAmcAkddtt：10111001ln0ln0時(shí)令第58頁/共82頁第五十九頁，共83頁。y邊絕熱。第59頁/共82頁第六十頁，共83頁。2 . 0608.

19、 005. 036010226. 4/10226. 446078202 .15411. 02 .1505. 0125/2 .15,/460,/782020128/20185360min6,/125,05. 05,200,2026226320aFosmcahBiKmWKkgJcmkg：NiCr，sKmWhmcmttpp時(shí)在得查附錄第60頁/共82頁第六十一頁，共83頁。ttttexe：xBibaa）（ba：，）（Fo844.491808342. 02008342. 08342. 06157. 0cos6157. 0sin6157. 06157. 0sin2coscossinsin206157.

20、03791. 0411. 09188. 04022. 0293,9188. 0,4022. 0332230608. 03791. 01111101112121處式由得查表式可用第61頁/共82頁第六十二頁，共83頁。為500mm、高為800mm的鋼錠，初溫為30，被送入1200的爐子中加熱。設(shè)各表面同時(shí)受熱，且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=180W/(m2K)，=40 W/(mK)，a=810-6m2/s。試確定3h后在鋼錠高400mm處的截面上半徑為處的溫度。解：第62頁/共82頁第六十三頁，共83頁。12101112126220exp34. 17967. 1125. 14349. 017. 0293,4

21、349. 0,1700. 0332232 . 03824. 125. 010800108125. 14025. 0180,10800360033,/180,25. 0250,1200,30fFoABibaa）（ba：，）（RaFohRBishKmWhmmmRtt式由得查表式可用第63頁/共82頁第六十四頁，共83頁。 ttttdxcxbxaxJdcba：RrxJfeAcba：ebaAcBi99.109430120008975. 0120008975. 008975. 03824. 17967. 1exp88265. 02188. 188265. 06968. 00577. 06968. 032

22、59. 06968. 00354. 09967. 00577. 0,3259. 0,0354. 0,9967. 0436968. 025. 013. 034. 12188. 115877. 00042. 14038. 0,5877. 0,0042. 1331003232011101125. 14038. 0得查表令得查表第64頁/共82頁第六十五頁，共83頁。中烤洋山芋。設(shè)洋山芋可以看成直徑5cm的球，初始(ch sh)溫度為20，物性可近似取50水的值。試估算烘烤20min后洋山芋中心溫度。取表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20 W/(m2K)。解：第65頁/共82頁第六十六頁，共83頁。1210111212

23、7226320exp4761. 11788. 27716. 02779. 00988. 0293,2779. 0,0988. 0332232 . 030144. 0025. 012001057. 17716. 0648. 0025. 020/107 .15,/648. 0,/4174,/988501012006020min20,/20,025. 05 . 2,250,20fFoABibaa）（ba：，）（RaFohRBismaKmWKkgJcmkg：，sKmWhmcmRttp式由得查表式可用水的物性為查附錄第66頁/共82頁第六十七頁，共83頁。ttttfRreAcba：ebaAcBi052.

24、105202506302. 02506302. 06302. 030144. 01788. 2exp2154. 11sin, 0025. 002154. 119858. 00003. 13191. 0,9858. 0,0003. 1331001117716. 03191. 0得查表第67頁/共82頁第六十八頁，共83頁。形人造木塊被置于425的環(huán)境中。設(shè)木塊的六個(gè)表面均可受到加熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h=6.5W/(m2K)。經(jīng)過4小時(shí)(xiosh)50分24秒后，木塊局部地區(qū)開始著火。試推算此種材料的著火溫度。已知木塊的邊長為；材料是各向同性的，=0.65 W/(mK)，。KkgJcmkg/255

25、0,/8103第68頁/共82頁第六十九頁，共83頁。6682. 04465. 05 . 09188. 04022. 0293,9188. 0,4022. 0332232 . 01933. 205. 017424101469. 3/101469. 3255081065. 05 . 065. 005. 05 . 6174242460503600424min504,/5 . 6,05. 0,425,25111212722720Bibaa）（ba：，）（aFosmcahBisshxKmWhmtt式由得查表式可用解：第69頁/共82頁第七十頁，共83頁。tttt：exe：Fop326.41225425

26、03168. 042503168. 003168. 03164. 03164. 06682. 0cos6682. 0sin6682. 06682. 0cos6682. 0sin2coscossinsin20301933. 24465. 011111021正方體的解無限大板的解第70頁/共82頁第七十一頁，共83頁。nKkgJcmkg/700,/22003第71頁/共82頁第七十二頁，共83頁。KmWy：，yerfaxerftsm，mm，x，ttxw/41. 1477. 05664. 0477. 004. 046622. 050275. 000275. 048. 0175664. 07002200120201. 05 . 07002200120201. 01003010065265,120602min201. 01030100200用線性插值求誤差函數(shù)查附錄令第72頁/共82頁第