传热学

第一章、基本内容:

一、热量传递的三种基本方式

⒈导热 掌握导热系数λ是一物性参数,其单位为w/(m·K);它取决于物质的热力状态,如压力、温度等。 ⒉对流 掌握对流换热的表面传热系数h为一过程量,而不像导热系数λ那样是物性参数。 ⒊热辐射 掌握黑体辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律。 二、传热过程与传热系数

⒈传热过程 理解传热系数K是表征传热过程强弱的标尺。⒉热阻分析

1、试分析室内暖气片的散热过程,各环节有哪些热量传递方式?以暖气片管内走热水为例。 答:有以下换热环节及热传递方式

(1)由热水到暖气片管到内壁,热传递方式是对流换热(强制对流); (2)由暖气片管道内壁至外壁,热传递方式为导热;

(3)由暖气片外壁至室内环境和空气,热传递方式有辐射换热和对流换热。 二、定量计算

本节的定量计算主要是利用热量传递的三种基本方式所对应的定律,即导热的傅里叶定律,对流换热的牛顿冷却公式,热辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律进行简单的计算。另外,传热过程、热阻综合分析法及能量守恒定律也是较重要的内容。

1、一双层玻璃窗,宽1.1m,高1.2m,厚3mm,导热系数为1.05W/(m·K);中间空气层厚5MM,设空气隙仅起导热作用,导热系数为0.026W/(m·K)。室内空气温度为25℃。表面

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传热系数为20W/(m·K);室外空气温度为-10℃,表面传热系数为15W/(m·K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量,并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。

解:(1)双层玻璃窗情形,由传热过程计算式:

(2)单层玻璃窗情形:

显然,单层玻璃窃的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。因此,北方的冬天常常采用双层玻璃窗使室内保温。

2、一外径为0.3m,壁厚为5mm的圆管,长为5m,外表面平均温度为80℃。200℃的空气在管外横向掠过,表面传热系数为80W/(m2·K)。入口温度为20℃的水以0.1m/s的平均速度在管内流动。如果过程处于稳态,试确定水的出口温度。水的比定压热容为4184J/(kg·K),密度为980kg/m3。

解:(1)管外空气与管子之间的对流换热量:

(2)由于过程处于稳态,管外空气所加的热量由管内水带走,因此,

其中Ac为管内流通截面积。故出口温度为:

3、白天,地球表面接受来自太阳的辐射热流密度为669W/m2。设地表空气与地面向的表面传热系数为30W/(m2·K),空气温度为20℃。设地球可以看成黑体表面,且地球对太空的辐射可看成是对0K黑体空间的辐射。试确定地球表面的平衡温度。

解:由热平衡关系,地球接受来自太阳的辐射热量以两种方式散掉,即与空气的对流换热及与太空的辐射换热,设过程为稳态,有:

m上式,得Tc?300K

将q?669W2,h?30W?m2?K?,Tf?293K,Tsky?0K代入

填空题

1、厚度δ,导热系数λ为常数的大平壁的单位面积导热热阻是_δ/λ。

1

2、在地球引力场作用的范围内,单纯的导热只能发生在密实的固体中。因为,当有温差时,液体和气体就会出现__对流现象__,难以维持单纯的导热。

3. 保温材料是指导热系数小于_0.2w/(mk)_的材料。 4. 金属含有较多的杂质,则其导热系数将__减小_。 5、单位面积的热阻总可以写作___⊿t/q__。 6、导热可以在固体、液体及气体中发生。 名词解释

1、热传导:2、传热过程:3、热对流:4、热辐射:5、对流换热:6、辐射换热:7、传热热阻:8、传热系数:9、热流量: 问答题

1、一容器内存热水,将其放在室内,缓慢冷却,试绘出热量由热水传给室内空气的全部热量传递过程。

答:热水与壁对流换热、导热、壁与空气对流换热、壁与壁辐射换热、空气与壁对流换热、导热、壁与空气对流换热、壁

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