热量传输复习市公开课金奖市赛课一等奖课件

热量传输习题课第1页重点热量传输一些基本概念：导热，对流换热（自然对流，强制对流），初始条件，边界条件（三类），薄材，无限大（半无限大）平板，热辐射，辐射力，白体，黑体，角系数等。第2页导热习题导热部分解题步骤：1）判断导热项维度，内热源存在是否，稳态还是非稳态，写出导热微分方程。2）写出边界条件。3）依据初始条件和边界条件求解。

第3页导热习题例1：一个厚度为s无限大平板，其导热系数λ为常数，平板内含有均匀热源qv。平板x=0一侧是绝热，x=s一侧与温度为tf流体直接接触，且平板初始温度为0，已知平板与流体之间给热系数为α。试写出这一稳态导热微分方程和边界条件。第4页导热习题1.1经过平壁一维稳态导热例2.无内热源并均匀分布平壁，壁厚为s，假定平壁长宽远大于壁厚，平壁两表面温度恒为T1、T2，平壁材料导热系数为λ常数，试推出稳态导热时，平壁内温度分布和中心温度。第5页导热习题例3.

有一燃烧炉，炉壁由三种材料组成，如附图所表示。最内层是耐火砖，中间为保温砖，最外层为建筑砖。已知耐火砖b1=150mm

λ1=1.06W/m·℃保温砖b2=310mm

λ2=0.15W/m·℃建筑砖b3=240mm

λ3=0.69W/m·℃今测得炉内壁温度为1000℃，耐火砖与保温砖之间界面处温度为946℃。试求：(a)

单位面积热损失；(b)

保温砖与建筑砖之间界面温度；(c)

建筑砖外侧温度。第6页导热习题解:用下标1表示耐火砖，2表示保温砖，3表示建筑砖。t3为保温砖与建筑砖界面温度，t4为建筑砖外侧温度。(a)

热损失qq=Q/A=λ1/b1(t1-t2)=1.06/0.15(1000-946)=381.6W/m2(b)

保温砖与建筑砖界面温度t3

因系稳定热传导，所以q1=q2=q3=qq=λ2/b2(t2-t3)381.6=0.15/0.31*(946-t3)解得t3=157.3℃(c)

建筑砖外侧温度t4

同理q=λ3/b3(t3-t4)381.6=0.69/0.24*(157.3-t4)解得t4=24.6℃第7页导热习题

温度差，℃热阻b/λA，℃/W耐火砖Δt1=1000-946=54

0.142保温砖Δt2=946-157.3=788.7

2.07建筑砖Δt3=157.3-24.6=132.70.348由表可见，热阻大保温层，分配于该层温度差亦大，即温度差与热阻成正比。第8页导热习题例4.

某高炉炉墙内层为粘土砖，外层为硅藻土砖，它们厚度分别为：s1=460mm，s2=230mm，导热系数分别为：

λ1=0.7+0.64×10-3t（w/m℃）

λ2=0.14+0.12×10-3t（w/m℃）炉墙两侧表面温度各为t1=1400℃；t3=100℃，求稳态时经过炉墙导热通量和两层砖交界面处温度。第9页导热习题1.2薄材导热稳态导热还是不稳态导热？首先要判断是不是薄材?毕渥数不一样形状物体，薄材临界参数不一样。熟记！无限大平板Biv=0.1无限长圆柱体Biv=0.05球体Biv=0.033第10页导热习题例5：用热电偶测量流体温度。已知流体温度为200℃，插入流体前热电偶接点温度为20℃。假定热电偶为球形，直径1mm，其密度ρ=8000kg/m3,λ=52w/m℃，Cp=418J/kg℃，接点表面与流体之间给热系数α=120w/m2℃。试求热电偶指示温度到达199℃所需时间。解：判断毕渥数

满足薄材条件，所以可按薄材处理，依据薄材导热方程变形得到：第11页导热习题例6：直径为100mm长黄铜棒，由20℃放入800℃恒温介质中加热，若介质对黄铜棒表面总对流给热系数平均为116w/m2·K，求：加热1.5小时后铜棒温度为多少？已知铜棒平均导热系数为163w/m·K，比热为440J/kg·K，密度为8800kg/m3。解由

知，该问题可作为薄材问题处理。于是有：第12页导热习题1.3半无限大物体一维非稳态导热第一类边界条件：表面温度为常数例7：用热电偶测得高炉内某点温度为350℃，测定时间离开炉120小时，若炉缸底部表面温度为1500℃，炉基材料热扩散系数为0.002m2/h，炉基开始温度为20℃，求炉缸底部表面到该测温点距离。第13页导热习题1.4有限厚物体一维非稳态导热第三类边界条件：周围介质温度为常数例6.6书本P108.复习！！！第14页对流给热习题二.对流给热部分1.平板局部对流给热系数（局部努赛尔特准数）1)

应用条件：平板层流。温度边界条件和速度边界条件相当

或者说：边界层内有相同温度分布和温度分布或者说：该式适合用于动量扩散系数和热扩散系数比值为0.65~1情况。2)在1基础上扩展应用条件：平板层流。当Pr偏离1时也适用第15页对流给热习题3)应用条件：平板层流。液体金属流过平板对流给热。热边界层厚度求解：

在应用上述公式时要计算流体定性温度，即取边界层平均温度：第16页对流给热习题例8.4℃空气以1m/s速度过一块宽1m，长1.5m平板，试求为使平板均匀保持50℃所需热量。解：空气定性温度为：查得：空气在27℃时，v=15.68×10-6m2/s,λ=0.02624w/m℃；Pr=0.702首先计算雷诺数判断流动状态：因雷诺数小于临界值，全板长边界层均为层流。那么全板平均给热系数为：第17页对流给热习题因为平板两个侧面均以对流方式给热，所以，供给平板热量应为：第18页对流给热习题2.管内给热系数1）管内湍流时给热：2）管内层流时给热：3）管内过渡区给热：4）管内液体金属湍流流动时给热：第19页对流给热习题3.外部流动强制对流换热1）绕流球体2）绕流圆柱体气体：

液体：

例9.空气横向流过直径为d＝5mm铝质导线，空气温度tf＝10℃，流速vf＝1m/s，导线表面温度维持tw＝90℃，其电阻率为r＝0.0286mm2/m。求:对流给热系数h；解：求对流给热系数h定性温度查得：第20页对流给热习题计算得：由雷诺数查得：C＝0.615，n＝0.466，第21页对流给热习题4.外部空间自然对流换热例10：利用空气自然冷却直径为3mm水平导线，此时电线表面温度为tw＝90℃，远离导线空气温度为30℃。求：对流给热系数。解：边界层内定性温度查得：计算得：气体热膨胀系数第22页对流给热习题查表得：第23页热辐射习题

例11.有两平行黑体