传热学Heat Transfer7. 下图为一种平板式太阳能集热器的局部示意。吸热板面向太阳的一面涂有吸热材料，背面设置了一组平行的管子，其内通水。试分析如何提高这种太阳?吸热材料：尽可能多地吸收太阳能，能集热器的太阳辐射能利用效率，要求提出至少两尽可能少地向外辐射；种措施。 ?吸热板：选择导热系数大的材料；?水管：尽量与外界绝热并减小与吸热板间的接触热阻；?玻璃盖板：抑制自然对流，透射太阳辐射。Center of Thermal Fluids Science9/22 计 算 题

传热学Heat Transfer1. （30分）在一用电系统中，用铜丝作为熔断丝以实现过电流保护。今有一直径为0.56mm的铜熔丝在温度为35℃的环境中工作，其额定电流为15A。铜丝与环境之间的总表面传热系数为34W/(m·K)，铜丝物性参数为c?0.386 kJ?kg?K?，??8（电阻率）?1.57?10??m，?2?370 W?m?K?，?e3?8930 kgm，tm(熔点)?1083℃。试确定：（1）额定电流下熔丝的温度；（2）熔丝的最小熔断电流；（3）电流由额定值突然增大到最小熔断电流的2倍时熔丝的熔断时间。（提示：单位长度铜丝电阻Re?Center of Thermal Fluids Science4?e?d2）。 11/22传热学Heat Transfer(0) 计算Bi Bi?hR??34?0.56?10370?5?32?2.57?10?0.1 6 所以，熔丝横截面上温度均匀。 Center of Thermal Fluids Science12/22传热学Heat Transfer(1) 额定电流下，长度为l的熔丝的电流功率 ??IRel?24I?el?d22?hA?tn?t?? tn?t???35??hA?t??24I?e?h?d??8?9232324?15?1.57?1034?3.141 6?0.56?10?274.8℃ 6 Center of Thermal Fluids Science13/22传热学Heat Transfer(2) 最小熔断电流为当熔丝处于熔点温度时的电流，这时焦耳热等于熔丝与环境间交换的热量，即 ?m,min???d?h?tm?t???I3???dh?tm?t???122m,minRel?I2m,min4?el?d2 Im,min??2?34?e?9??12 ???0.56?10?2??34??1 083?35????81.57?10? 6 ?31.36 A Center of Thermal Fluids Science14/22传热学Heat Transfer(3) 由于Bi远小于0.1，可采用集总参数法进行求解。导热微分方程式为 d? d??4h?cd??0 ?'hA?t?t??16Im,min?eh?d232(a) 式中 ??t?t???t?4 227.1 初始条件为 ??0??t0?4 227.1??0 其解为 ???0exp?? ??2h??(b) 6 ?cd?? 3?3 ???cd2hln?0?m?8 930?0.386?10?0.56?102?34?ln274.8?4 227.11 083?4 227.1 ?6.50s 6 Center of Thermal Fluids Science15/22传热学Heat Transfer2. （34分）一球场可近似看成是圆形地板和半球形屋顶组成的封闭空间。地板直径d?45 m，温度t1?27℃，发射率?1?0.75。半球形屋顶温度t2?15℃，发射率?2?0.60。地板与空气间的表面传热系数h1系数h2?17 W(m22?K)，屋顶与空气间的表面传热?11 W(m?K)。试确定：（1）球场内空气的温度tf；（2）维持地板为27℃的恒温，安装在地板下的加热器功率。（注：稳态过程；忽略加热器向地基中的散热） Center of Thermal Fluids Science16/22传热学Heat Transfer22 A1??r, A2?2?r?2A1 （1） ?c1??c2 h1A1?t1?tf??h2A2?tf?th? 22 17?(22.5)??27?tf??11?2??(22.5)??tf?15? 39tf?789, tf?20.23℃ 14 （2）地板加热功率： 5.67??3.0??1,24?2.8824?1?0.621?0.750.75??(22.5)2?1??(22.5)?1? 0.6?2??(22.5) ?66025.74 W 16 2 P??1,2??c1?66025.74?17??(22.5)??27?20.23? ?249.05 kW 4 Center of Thermal Fluids Science17/22