第二章传热
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【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm 厚的松木,中层为软木层,外层为51 mm 厚的混凝土所组成。
内壁面温度为-17.8 ℃,混凝土外壁面温度为29.4 ℃。
松木、软木和混凝土的平均热导率分别为0.151,0.043 3,0.762 W/(m ·K ),要求该冷藏室的热损失为15W/m 2。
求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。
解:三层平壁的导热。
1)所需软木的厚度2b由 ∑=-=3141i ii b T T q λ 得 151.0019.00433.0762.0051.08.174.29152+++=b 解得: m b 128.02=2)松木和软木接触面处的温度3T由 151.0019.08.17153+==T q 解得:9.153-=T ℃解题要点:多层平壁热传导的应用。
【2-2】为减少热损失,在外径为150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层。
已知保温材料的热导率λ=0.103+0.000 198 T(式中T 为℃),蒸汽管外壁温度为180 ℃,要求保温层外壁温度不超过50 ℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4 kg/(m ·s)以下,问保温层厚度应为多少?(计算时可假定蒸汽在180 ℃下冷凝)。
解:保温层平均热导率为: )./(126.02501801098.1103.04K m W =+⨯⨯+=-λ 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度,即保温层内壁面温度,故为一层导热。
由 )()(21221r r Ln T T L Q -=λπ 得: )()(21221r r Ln T T L Q -=πλ (1)式中:m W L Wr L Q /9.2011103.201910134=⨯⨯⨯==- 将其及其它已知数据代入式(1)得:)075.0()50180(126.029.2012r Ln -⨯⨯=π 解得:m r 125.02=mm m 5005.0075.0125.0==-=∴δ壁厚解题要点:单层圆筒壁热传导的应用。
第2章 传 热传热是由于温度差而引起的能量转移,又称热量传递。
热量总是自动地由高温区传递到低温区。
1 传热的基本概念 1.1 传热的基本方式根据传热机理的不同,传热有以下3种基本方式: (1) 热传导(又称导热) 主要是通过微观粒 子的运动传递能量,物质没有宏观位移。
(2)热对流 热对流是指流体质点间发生相对位移而引起的热量传递过程。
热对流仅发生在流体中。
对流可分为自然对流与强制对流。
因温度不同而引起密度的差异,使轻者上浮,重者下沉,流体质点间发生相对位移,这种对流称为自然对流;因水泵、风机或其他外力作用而引起的流体流动,这种对流称为强制对流。
(3)热辐射因为热的原因而产生的电磁波在空间的传播,称为热辐射。
物体之间相互辐射和吸收能量的总结果称为辐射传热。
辐射传热不仅有能量的传递,还同时伴随有能量形式的转化。
辐射传热不需要任何介质来传递能量。
1.2 温度场与温度梯度 1.2.1 温度场温度场即是任一瞬间物体或系统内各点温度分布的总和。
温度场的数学表达式为 T=f(x ,y ,z ,t)稳定温度场:温度场不随时间而变化的传热过程; 不稳定温度场:温度场随时间而变化的传热过程。
在稳定温度场中的传热称为稳定传热。
温度场中同一时刻温度相同的各点组成的面称为等温面,温度不同的等温面不会相交。
1.2.2 温度梯度将沿等温面法线方向上的温度变化率称为温度梯度,记做grad T :nTgradT ∂∂=温度梯度是向量,它的正方向是指向温度增加的方向。
通常,也将温度梯度的标量称为温度梯度。
对于一维温度场,温度梯度可表示为grad T=dT/dx1.3 传热速率与热通量传热速率(热流量)Q :单位时间通过传热面的热量,W (J/s );注意:在稳定传热过程中,通过各个传热面的热量均相等(为一常数),此为稳定传热的基本特点。
热通量(热流密度)q :单位时间通过单位传热面的热量, W/m 2。
传热速率与热通量的关系为: q=dQ/dS1.4 载热体用于传送热量的介质称为载热体。