传热学模拟题

2-2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm 及9.5mm ，导热系

数分别为45,0. 07及0.1。冷藏室的有效换热面积为37.2，室内外气温分别为-2℃及30℃，

室内外壁面的表面传热系数可分别按 1.5及 2.5计算。为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内

的冷却排管每小时需带走的热量。

解：由题意得

＝ ＝357.14W

357.14×3600＝1285.6KJ

2-15 外径为50mm 的蒸气管道外，包覆有厚为40mm 平均导热系数为0.11的煤灰泡沫砖。绝热层外表面温度为50℃，试检查矿棉渣与煤灰泡沫砖交界面处的温度是否超过允许值？又。增加煤灰泡沫砖的厚度对热损失及交界面处的温度有什么影响？蒸气管道的表面温度取为400℃。

解：由题意多层蒸气管总热流量

代入数据得到

由附录知粉煤灰泡沫砖材料最高允许温度为300℃

由此设在300℃时

因为

所以不会超过允许温度。当增加煤灰泡沫砖的厚度会使热损失增加，从而边界面处温度下降。

3－13 一块厚20mm 的钢板，加热到5000C 后置于200C 的空气中冷却。设冷却过程中钢板两侧面的平均表面传热

系数为,钢板的导热系数为，若扩散率为。试确定使钢板冷却到空气相差100

C 时所需的时间。

解：由题意知

故可采用集总参数法处理。由平板两边对称受热，板内温度分布必以其中心对称，建立微分方程，引入过

余温度，则得：

解之得：

3-63、已知：一固体球，

，，，，初温为450，然后进行两步冷却：第一步，，，球的中心温度降到350；第二步，，，球的中心温度降到50。

求：每一阶段冷却所需时间及该阶段中球体所释放出的热量。

)./(K m W )./(K m W )./(K m W 2m )./(2K m W )./(2K m W 332211212111λδλδλδ++++-⨯

=Φh h t t A 2.371.00095.007.0152.045000794.05.215.11)2(30⨯++++--)./(K m W ()()()2

2312121/ln /ln 2λλπd d d d t t l Z +-=ΦW Z 25.168=Φ()()W d d t t l 33.72/ln 21

21211=-='Φλπ()()W d d t t l 29.358/ln 22

23212=-='Φλπz Φ>'Φ+'Φ21)/(352K m W ⋅)/(452K m W ⋅s m /10375.125-⨯1.00078.0<==δhA Bi ⎪⎩⎪⎨⎧=-==+∞0)0(0θθθρτθt t hA d d cv )exp())/(exp()exp(0

τλδατρλτρθθh A V c h cv hA -=-=-=s C 3633100＝时，将数据代入得，当τθ=10d mm =33200/kg m ρ=()18/W m K λ=⋅()1200/c J kg K =⋅854J 25t ∞=0C ()210/h W m K =⋅0C 25t ∞=0C ()26000/h W m K =⋅0C

解：

温度计算

第一阶段，<<0.1，可用集总参数法。

，，

，所以 ，

，

第二阶段，，

，，

=，

，

，，，

所以 ，

，，

，。

换热量计算

第一阶段：

第二阶段：

，，

，

，

，

=。

作为一种验算，比较上述换热量与球从450降温到25所释放的热量：

从45025，。

<。

6－14、已知：下的空气在内径为76mm 的直管内流动，入口温度为

65℃，入口体积流量为，管壁的平均温度为180℃。

求：管子多长才能使空气加热到115℃。

解：定性温度℃，相应的物性值为：

∙3

100.005

2.7771018hR

Bi λ-⨯===⨯0hF

cV

e τρθθ=3

1

6

10

6

1.562510/120032000.01hF h h

cV c V F c d ρρρ-=⋅=⋅=⨯=⨯⨯025

35025

0.76474502545025m

m t θθ--===--3

1.5625100.7647e τ--⨯=30.2683 1.562510τ--=-⨯3

30.2683

100.171710171.71.5625s τ--=⨯=⨯=∙0255025

0.076924502545025m m

t θθ--===--60000.005 1.66718hR Bi λ⨯===()

2110Fo m Ae f μ

θμηθ-=()()

0.31912.6671 1.00030.98581Bi A a b e e τ-⨯=+-=+-()1.00030.985810.5875 1.4069+*-=11

210.27790.0988 3.76641.667b a Bi μ--⎛⎫⎛⎫

=+=+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭1 1.9407μ=0η=()11f μη=3.766300.07692 1.4069Fo

m e θθ-==⨯2.5650.3414 3.7663Fo -=- 2.5650.3414

0.77173.7663Fo +==()2218/320012000.77170.005a Fo R ττ⨯===2

60.0050.7717

4.124.687510s τ-⨯==⨯∙()()33

10 3.140.013200120045035020166d Q c t t J

πρ⨯=-=⨯⨯⨯-=∙2

01Q Q θ=-2

1Fo Ae B μθ-=1.02950.1953 1.667

1.02950.3256

0.6514110.6841 1.6671 1.0804a cBi

B bBi ++⨯+====++⨯+3.76631.40960.6514Fo e θ-=⨯⨯3.76630.77171.40960.6514 1.40960.065140.65140.04968e θ-⨯=⨯⨯=⨯⨯=()()

3

20010.049680.95030.9503350256d Q Q Q c π

ρ=⨯-=⨯=⨯-33.140.01

0.9503320012003250.9503653.126216J ⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=0C 0C 0C →0C ()36

0 3.1410450253200120042585466d Q c J πρ-⨯=-=⨯⨯⨯=12201621822Q Q J +=+=854J Pa 510013.1⨯s m /022.03902115

65

=+=f t 3/972.0m kg =ρ