传热学B-机械专业-第二章.ppt

传热学传热学B B机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 2011作业作业传导传导对流对流辐射辐射传导传导热水热水内胆内表面内胆内表面内胆外表面内胆外表面外胆内表面外胆内表面外胆外表面外胆外表面外壳内表面外壳内表面外壳外表面外壳外表面空气空气空气空气辐射辐射对流对流对流对流传导传导对流对流辐射辐射热水热水瓶塞内表面瓶塞内表面瓶塞外表面瓶塞外表面空气空气传导传导对流对流辐射辐射机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 2011作业作业二、家用冰箱内表面经常会结霜。请分析结霜前后冰箱内表面与冰二、家用冰箱内表面经常会结霜。请分析结霜前后冰箱内表面与冰箱内空气的换热过程以及结霜对冰箱能耗产生什么样的影响。箱内空气的换热过程以及结霜对冰箱能耗产生什么样的影响。蒸蒸发发器器1 12 2机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 2011作业作业三、冬天，新建的居民楼刚住进时比住了很久的旧楼房感觉更冷，冬天，新建的居民楼刚住进时比住了很久的旧楼房感觉更冷，为什么？用传热学观点解释。为什么？用传热学观点解释。墙壁墙壁空气空气热对流热对流辐射辐射热对流热对流机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 2011改变暖气中的水流速度是否可以显著地增强换热？改变暖气中的水流速度是否可以显著地增强换热？9热对流热对流空气空气暖气片暖气片热水热水热对流热对流 热传导热传导暖气内是水的强制对流换热，而外部是空气的自然对流换暖气内是水的强制对流换热，而外部是空气的自然对流换热，由于空气侧对流换热表面系数远小于水测的，因而通热，由于空气侧对流换热表面系数远小于水测的，因而通过改变水速对传热量的贡献不大。过改变水速对传热量的贡献不大。作业作业机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（7 7）解决稳态导热问题的思路）解决稳态导热问题的思路 工程问题工程问题物理问题物理问题一维问题一维问题多维问题多维问题分析解法分析解法数值解法数值解法单层平板（平壁）单层平板（平壁）多层平板（平壁）多层平板（平壁）单层圆筒壁单层圆筒壁多层圆筒壁多层圆筒壁热阻热阻变截面变截面有内热源有内热源热阻热阻热阻热阻热阻热阻直接积分法直接积分法标准解法标准解法变导热系数变导热系数机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 2-1 2-1 用平底锅烧开水，与水相接触的锅底温度为用平底锅烧开水，与水相接触的锅底温度为111111O OC C，热流密度为，热流密度为42400 W/m42400 W/m2 2，使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为，使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为3mm3mm的水垢。的水垢。假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值，假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值，试计算水垢与金属锅底接触面的温度。水垢的导热系数为试计算水垢与金属锅底接触面的温度。水垢的导热系数为1W/(mK)1W/(mK)。机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 热量主要从锅底传入，侧面热量主要从锅底传入，侧面的热量传递可以忽略的热量传递可以忽略工程问题简化为物理问题工程问题简化为物理问题水垢表面温度水垢表面温度T T1 1恒定恒定水垢表面热流密度水垢表面热流密度q1q1恒定恒定水垢与金属锅底接触面的温水垢与金属锅底接触面的温度恒定度恒定T T1 1,q,q1 1T T2 2一维传热一维传热稳态传热稳态传热水垢与金属锅底接触水垢与金属锅底接触面与水垢表面的传热面与水垢表面的传热方式：方式：导热导热一维平板稳态导热问题一维平板稳态导热问题机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 热阻法热阻法物理问题求解物理问题求解T T1 1,q,q1 1T T2 2热阻：热阻：单位面积热阻：单位面积热阻：机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 物理问题求解物理问题求解T T1 1,q,q1 1T T2 2热流密度：热流密度：机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 2-2 2-2 一个工业级的立方体冷冻室边长为一个工业级的立方体冷冻室边长为3m3m，其复合壁由外层，其复合壁由外层6.35mm6.35mm厚厚的碳素钢板、中间层的碳素钢板、中间层100mm100mm厚的软木隔热材料和内层厚的软木隔热材料和内层6.35mm6.35mm厚的铝合厚的铝合金板构成。隔热材料与金属板之间的黏合界面的接触热阻均为金板构成。隔热材料与金属板之间的黏合界面的接触热阻均为2.5e-2.5e-4m4m2 2K/WK/W。在内外表面温度分别为。在内外表面温度分别为-6-6OC和和2222OC的情况下，冷冻室必须维的情况下，冷冻室必须维持的稳态制冷负荷为多大？持的稳态制冷负荷为多大？冷冻室冷冻室T T1 1=-6=-6T T2 2=22=22100mm100mm6.35mm6.35mm6.35mm6.35mmR=2.5e-4R=2.5e-41731730.0390.0396464机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 热阻法热阻法R1R1R2R2R3R3R4R4R5R5单位面积热阻：单位面积热阻：T T1 1=-6=-6T T2 2=22=22100mm100mm6.35mm6.35mm6.35mm6.35mmR=2.5e-4R=2.5e-41731730.0390.0396464机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 热阻法热阻法R1R1R2R2R3R3R4R4R5R5T1=-6T1=-6T2=22T2=22100mm100mm6.35mm6.35mm6.35mm6.35mmR=2.5e-4R=2.5e-41731730.0390.0396464机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 热阻法热阻法R1R1R2R2R3R3R4R4R5R5T1=-6T1=-6T2=22T2=22100mm100mm6.35mm6.35mm6.35mm6.35mmR=2.5e-4R=2.5e-41731730.0390.0396464机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 热流密度：热流密度：热阻法热阻法R1R1R2R2R3R3R4R4R5R5T1=-6T1=-6T2=22T2=22100mm100mm6.35mm6.35mm6.35mm6.35mmR=2.5e-4R=2.5e-41731730.0390.0396464机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 制冷负荷：制冷负荷：热阻法热阻法R1R1R2R2R3R3R4R4R5R5T1=-6T1=-6T2=22T2=22100mm100mm6.35mm6.35mm6.35mm6.35mmR=2.5e-4R=2.5e-41731730.0390.0396464机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 2-3 2-3 外径为外径为100mm100mm的蒸汽管道，覆盖密度为的蒸汽管道，覆盖密度为20kg/m320kg/m3的超细玻璃棉毡保的超细玻璃棉毡保温。蒸汽管道的外壁温度为温。蒸汽管道的外壁温度为400400o oC C，希望保温层外表面温度不超过，希望保温层外表面温度不超过5050oC，且每米长管道上散热量小于，且每米长管道上散热量小于163W163W，试确定所需的保温层厚度。，试确定所需的保温层厚度。在柱坐标系中，一维稳态导热问题在柱坐标系中，一维稳态导热问题热阻、标准解法热阻、标准解法100mm100mm100+d mm100+d mm0 0 x xt t1 1t t2 2机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 圆筒壁热阻：公式（圆筒壁热阻：公式（2-312-31）圆筒面的热流量：公式（圆筒面的热流量：公式（2-302-30）保温层最小厚度保温层最小厚度d d根据题意：根据题意：机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 取平均导热系数，代入已知条件，得到取平均导热系数，代入已知条件，得到附录附录4 4：超细玻璃棉毡的导热系数：超细玻璃棉毡的导热系数所需的保温层厚度为所需的保温层厚度为107mm107mm机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 2-4 2-4 一高为一高为30cm30cm的铝制圆台形锥台，顶面直径为的铝制圆台形锥台，顶面直径为8.2cm8.2cm，底面直径为，底面直径为13cm13cm，底面及顶面温度各自均匀，并分别为，底面及顶面温度各自均匀，并分别为520520oC及及2020oC，锥台侧面，锥台侧面绝热。试确定通过该锥台的导热量。铝的导热系数取为绝热。试确定通过该锥台的导热量。铝的导热系数取为100W/(mK)100W/(mK)。变截面，一维稳态导热问题变截面，一维稳态导热问题直接积分法直接积分法4.14.16.56.5t t1 1=520=520t t2 2=20=203030机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 4.14.16.56.5t t1 1=520=520t t2 2=20=203030 x xA(x)A(x)机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 r r0 0r r1 1r rx xx xb bc c已知：已知：x,rx,r0 0,r,r1 1求求:b,c,r:b,c,rx x机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 20112.3 2.3 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解（8 8）例题）例题 机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部机械工程与材料能源学部 能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院能源与动力学院传热学B 2011作业作业（1）2-12（2）预习肋片导热问题的求解