《稳态导热例题》PPT课件.ppt

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1、第三章稳态导热例题【例3-1】【例3-2】【例3-3】【例3-4】【例3-5】【例3-6】【例3-8】10/6/20211【例3-1】如图所示为一导热平壁，沿χ方向的热流密度q=1000W/m2，平壁厚度为20mm，已知在χ=0、10、20mm处温度分别为100℃、60℃和40℃，试确定材料的导热系数表达式中的及b。..0104060100t1t,℃x,mm.20t3t210/6/20212设x=0,t=t1;x=δ,t=t2。对上式积分解：稳态导热通过平壁的热流密度为10/6/20213平壁在给定温度范围的平均导热系数为：对于题目给定的条件，则有因而有式（3-8）1

2、0/6/20214代入数据可解得W/(m·K)W/(m·K)10/6/20215由式（3-8）可得代入数据10/6/20216因此该材料的导热系数表达式为求解方程组得W/(m·K)10/6/20217【例讨论】对于稳态无内热源导热,，此例题t1>t2，b<0，随温度的降低，λ增大，所以减小，温度分布曲线为向下凹曲线。同理，当b>0时，随温度的降低，λ减小，增大，温度分布曲线为上凸曲线，当b=0时，λ为常数而与温度无关，也为常数，温度分布曲线为直线。10/6/20218导热系数随温度变化时不同b值平壁内的温度分布如图所示。利用傅里叶定律表达式来判断温度分布曲线凹向是一种

3、很重要的方法。tw1tw20xtb>0b<010/6/20219由该例题可见，当时，在温差下的导热量仍可用常物性导热计算式来计算，只需用平均温度下的平均导热系数代替计算式中的λ即可。返回10/6/202110【例3-2】已知钢板、水垢及灰垢的导热系数分别为46.4W/(m·K)、1.16W/(m·K)、0.116W/(m·K)，试比较1mm厚钢板、水垢及灰垢的导热热阻。解:平壁单位面积的导热热阻10/6/202111m2·K/W【讨论】1mm厚水垢的热阻相当于40mm厚钢板的热阻，而1mm厚灰垢的热阻相当于400mm厚钢板的热阻保持换热设备表面清洁是非常重要的，应

4、经常清洗和吹灰，尽可能地减小污垢热阻的影响。m2·K/Wm2·K/W返回10/6/202112【例3-3】一锅炉围墙由三层平壁组成，内层是厚度为δ1=0.23m，λ1=0.63W/(m·K)的耐火粘土砖，外层是厚度为δ3=0.25m，λ3=0.56W/(m·K)的红砖层，两层中间填以厚度为δ2=0.1m，λ2=0.08W/(m·K)的珍珠岩材料。炉墙内侧与温度为tf1=520℃的烟气接触，其换热系数为h1=35W/(m2·K)，炉墙外侧空气温度tf2=22℃，空气侧换热系数h2=15W/(m2·℃)，试求（1）通过该炉墙单位面积的散热损失。（2）炉墙内外表面的温度及层

5、与层交界面的温度，并画出炉墙内的温度分布曲线。10/6/202113解：该问题是一个多层平壁的传热问题。（1）该传热过程的传热系数：W/(m2·℃)10/6/202114通过炉墙单位面积的热损失：10/6/202115（2）各层壁温分别为℃℃10/6/202116℃℃10/6/202117炉墙内的温度分布曲线如图所示，是一条斜率不等的折线。多层壁内的温度分布返回10/6/202118【例3-4】一外径为50mm的钢管，外敷一层8mm厚、导热系数λ=0.25W/(m·K)的石棉保温层，外面又敷一层20mm厚，导热系数为0.045W/(m·K)的玻璃棉，钢管外侧壁温为30

6、0℃，玻璃棉外侧表面温度为40℃。300℃40℃12d1d2d3带有保温层的钢管壁导热情况试求石棉保温层和玻璃棉层间的温度。10/6/202119解：如图，由题意d1=50mm处的温度t1=300℃，d3=50+2（8+20）=106mm处的温度t3=40℃，d2=50+2×8=66mm。先计算通过钢管壁单位管长的热流量：10/6/202120由该热流量与通过石棉保温层的热流量相等，即石棉保温层与玻璃棉层间的温度为：=275.2℃返回10/6/202121【例3-5】一外径为60mm的无缝钢管，壁厚5mm。导热系数λ=54W/(m·K)，管内流过平均温度为95℃

7、的热水，与钢管内表面的换热系数为1830W/(m2·K)。钢管水平放置于20℃的大气中，近壁空气作自然对流，换热系数为7.86W/(m2·K)。试求以钢管外表面积计算的传热系数和单位管长的传热量。10/6/202122解：=7.8135W/（m2·K）10/6/202123该钢管单位管长的换热量：=7.81×π×0.06×(95-20)=110.4W/m返回10/6/202124【例3-6】某外径d2=15mm的管道需要保温，若保温层外表面与空气之间的换热系数h2=12W/（m2·K），试求（1）采用导热系数λx=0.12W/（m·K）的石棉制品作为