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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(diǎn)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(diǎn)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,