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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 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 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厚水垢的熱阻相當于40mm厚鋼板的熱阻，而1mm厚灰垢的熱阻相當于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值可得:,2019/5/15,36,進而求得：,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,