《《穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱例題》PPT課件.ppt》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《《穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱例題》PPT課件.ppt(38頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2019/5/15,1,第三章 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱例題,【例3-1】 【例3-2】 【例3-3】 【例3-4】 【例3-5】 【例3-6】 【例3-8】,2019/5/15,2,【例3-1】如圖所示為一導(dǎo)熱平壁,沿方向的熱流密度q=1000 W/m2,平壁厚度為20mm,已知在=0、10、20mm處溫度分別為100、60和40,試確定材料的導(dǎo)熱系數(shù)表達(dá)式 中的 及b。,2019/5/15,3,設(shè) x=0,t=t1; x=,t=t2 。對上式積分,解:穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱通過平壁的熱流密度為,2019/5/15,4,平壁在給定溫度范圍的平均導(dǎo)熱系數(shù) 為:,對于題目給定的條件,則有,因而有,式(3-8),2019/5/
2、15,5,代入數(shù)據(jù),可解得,W/(mK),W/(mK),2019/5/15,6,由式(3-8)可得,代入數(shù)據(jù),2019/5/15,7,因此該材料的導(dǎo)熱系數(shù)表達(dá)式為,求解方程組得,W/(mK),2019/5/15,8,【例討論】對于穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源導(dǎo)熱, ,此例題t1t2,b0時,隨溫度的降低,減小, 增大,溫度分布曲線為上凸曲線,當(dāng) b=0時,為常數(shù)而與溫度無關(guān), 也為常數(shù),溫度分布曲線為直線。,2019/5/15,9,導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化時不同b值平壁內(nèi)的溫度分布如圖所示。利用傅里葉定律表達(dá)式來判斷溫度分布曲線凹向是一種很重要的方法。,2019/5/15,10,由該例題可見,當(dāng) 時,在溫差 下的導(dǎo)
3、熱量仍可用常物性導(dǎo)熱計算式來計算,只需用平均溫度 下的平均導(dǎo)熱系數(shù) 代替計算式中的 即可。,返回,2019/5/15,11,【例3-2】已知鋼板、水垢及灰垢的導(dǎo)熱 系數(shù)分別為46.4 W/(mK)、1.16W/(mK)、 0.116 W/(mK),試比較1mm厚鋼板、水垢及 灰垢的導(dǎo)熱熱阻。,解:平壁單位面積的導(dǎo)熱熱阻,2019/5/15,12,m2K/W,【討論】1mm厚水垢的熱阻相當(dāng)于40mm厚鋼板的熱阻,而1mm厚灰垢的熱阻相當(dāng)于400mm厚鋼板的熱阻保持換熱設(shè)備表面清潔是非常重要的,應(yīng)經(jīng)常清洗和吹灰,盡可能地減小污垢熱阻的影響。,m2K/W,m2K/W,返回,2019/5/15,13,
4、【例3-3】一鍋爐圍墻由三層平壁組成,內(nèi)層是厚度為1=0.23 m,1=0.63W/(mK)的耐火粘土磚,外層是厚度為3=0.25 m, 3=0.56W/(mK) 的紅磚層,兩層中間填以厚度為2=0.1 m,2=0.08W/(mK)的珍珠巖材料。爐墻內(nèi)側(cè)與溫度為tf1=520的煙氣接觸,其換熱系數(shù)為h1=35 W/(m2K),爐墻外側(cè)空氣溫度tf2=22,空氣側(cè)換熱系數(shù)h2=15W/(m2),試求 (1)通過該爐墻單位面積的散熱損失。 (2)爐墻內(nèi)外表面的溫度及層與層交界面的溫度,并畫出爐墻內(nèi)的溫度分布曲線。,2019/5/15,14,解:該問題是一個多層平壁的傳熱問題。 (1)該傳熱過程的傳
5、熱系數(shù):,W/(m2),2019/5/15,15,通過爐墻單位面積的熱損失:,2019/5/15,16,(2)各層壁溫分別為,2019/5/15,17,2019/5/15,18,爐墻內(nèi)的溫度分布曲線如圖所示,是一條斜率不等的折線。,多層壁內(nèi)的溫度分布,返回,2019/5/15,19,【例3-4】一外徑為50mm的鋼管,外敷一層8mm厚、導(dǎo)熱系數(shù)=0.25 W/(mK)的石棉保溫層,外面又敷一層20mm厚,導(dǎo)熱系數(shù)為0.045 W/(mK)的玻璃棉,鋼管外側(cè)壁溫為300,玻璃棉外側(cè)表面溫度為40。,試求石棉保溫層和玻璃棉層間的溫度。,2019/5/15,20,解: 如圖,由題意d1=50mm處的
6、溫度t1=300,d3=50+2(8+20)=106mm處的溫度t3=40,d2=50+28=66mm。 先計算通過鋼管壁單位管長的熱流量:,2019/5/15,21,由該熱流量與通過石棉保溫層的熱流量相等,即,石棉保溫層與玻璃棉層間的溫度為:,=275.2,返回,2019/5/15,22,【例3-5】一外徑為60mm的無縫鋼管,壁厚5mm。導(dǎo)熱系數(shù)=54 W/(mK),管內(nèi)流過平均溫度為95的熱水,與鋼管內(nèi)表面的換熱系數(shù)為1830 W/(m2K)。鋼管水平放置于20的大氣中,近壁空氣作自然對流,換熱系數(shù)為7.86 W/(m2K)。試求以鋼管外表面積計算的傳熱系數(shù)和 單位管長的傳熱量。,201
7、9/5/15,23,解:,=7.8135 W/(m2K),2019/5/15,24,該鋼管單位管長的換熱量:,=7.810.06(95-20) =110.4 W/m,返回,2019/5/15,25,【例3-6】某外徑d2=15mm的管道需要保溫,若保溫層外表面與空氣之間的換熱系數(shù)h2=12 W/(m2K),試求 (1)采用導(dǎo)熱系數(shù)x=0.12 W/(mK)的石棉制品作為保溫層材料是否合適? (2)采用導(dǎo)熱系數(shù)x=0.07 W/(mK) 的礦渣棉作為保溫層材料是否合適?,2019/5/15,26,(3)若因環(huán)境條件改變, 保溫層外表面與空氣之間的換熱系數(shù)增加為h2=20 W/(m2K)時,采用導(dǎo)
8、熱系數(shù)x=0.12 W/(mK)的石棉制品作為保溫層材料是否合適?,2019/5/15,27,解: 圓筒壁的臨界熱絕緣直徑,(1),管道外徑d2dc,因此在上述條件下,采用石棉制品作為保溫層材料不合適。,2019/5/15,28,(2),管道外徑d2dc,因此當(dāng)在上述條件下,選用礦渣棉作為保溫層材料是合適的。,2019/5/15,29,管道外徑d2dc,因此,當(dāng)保溫層外表面與空氣之間的換熱系數(shù)增加為h2=20 W/(m2)時,采用石棉制品作為保溫層材料也合適。,返回,(3),2019/5/15,30,【例3-8】某實驗小組用圓球型導(dǎo)熱儀測量干黃砂的導(dǎo)熱系數(shù)。已知導(dǎo)熱儀內(nèi)球殼外徑為80mm,外球
9、殼內(nèi)徑為160mm,在三次不同的穩(wěn)態(tài)工況下測得數(shù)據(jù)如表3-1:,2019/5/15,31,試確定該黃砂的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的依變關(guān)系式,表3-1 測量干黃砂熱導(dǎo)率實驗的數(shù)據(jù),2019/5/15,32,。 解:(1)分別計算各次測量時 通過黃砂層的熱流量=P = I U 黃砂平均溫度,及黃砂平均導(dǎo)熱系數(shù),計算結(jié)果如表3-2,2019/5/15,33,計算結(jié)果如表3-2。 表3-2通過黃砂層的熱流量、黃砂平均溫 度及黃砂平均熱導(dǎo)率的計算結(jié)果,2019/5/15,34,(2)繪制實驗點所在的代表直線。,表3-2通過黃砂層的熱流量、黃砂平均溫度及黃砂平均熱導(dǎo)率的計算結(jié)果,2019/5/15,35,(3)確定 的依變關(guān)系式。 由直線上任兩點坐標(biāo)值可得:,2019/5/15,36,進(jìn)而求得:,2019/5/15,37,代入數(shù)值可得: b0=0.0001818 0=0.28788 b=0.0006315 所以, 黃砂的熱導(dǎo)系數(shù)與溫度的依變關(guān)系式 =0.28788+0.0001818t W/(mK) 或?qū)懗? =0.28788(1+0.0006315)t W/(mK),2019/5/15,38,【討論】實際應(yīng)改變加熱功率測 量若干次,才能得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。此處僅為了說明整理實驗數(shù)據(jù)的步驟。,返回,