硅酸盐工业热工基础作业答案2-1-32.doc

硅酸盐工业热工基础作业答案
2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁
单值条件 tw1=1300C tw2=300C=450mm F=10 m
胸墙的平均温度 Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C
根据平均温度算出导热系数的平均值
av＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。48w/m.c
Q=F(Tw1-Tw2)/=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X10W
2－2 解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁
由Q=/R或q=/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才行
单值条件 1＝40mm 2=250mm 1=0.13W/m.C 2=0.39W/m.
硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层)
Rt1=1/1+2/2+ 3/3=0.04/0.13+0.25/0.39+3/3
若仅有红砖（两层） Rt2=/2+3/3=/0.39+3/3
Rt1=Rt20.04/0.13+0.25/0.39=/0.39
得 ＝370mm即仅有红砖时厚度应为370mm。
2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁
单值条件 ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C
粘土砖的平均导热系数
av=0.835X0.58X10X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X10=1.067W/m.C
R2=R1+=1.08m
当L=1时,Q=2( Tw1-Tw2)/4Ln=2X3.14X1.067X1X600/4Ln=4200W/m
因为R2/R12,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。
2－4解本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁
单值条件 1＝50W/m。C 2＝0.1 W/m。C 1＝5mm 2＝95 mm
Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm
若考虑二者的热阻，每单位长度传热量
Q=( Tw1-Tw2)X2/()=
若仅考虑石棉的热阻，则
Q’=
可见QQ’，因而在计算中可略去钢管的热阻。
2—5解：本题属于稳定的无内热源的多层圆筒壁
若忽略交界面处的接触热阻，每单位长度通过粘土砖的热量Q1与通过红砖热量Q2相同
单值条件 d1=2m d2=2.69m d3=3.17m Tw1=1100C Tw2=80C
先假设交界处温度为600C，则粘土转与红砖的平均导热系数

Q1与Q2相差太大，表明假设温度不正确。重新假设交界处温度620C 则:

Q1与Q2基本相等，因而交界处温度在620C附近。
2—6 解：本题为稳定的无内热源的多层平行无限大平壁
根据一维热量方程 其模拟电路如下

单值条件： c＝0.3 d=0.8 W/m.C Tw1=370C Tw2=66C
a=25mm b=c=75mm d=50mm

总热阻

2-7 本题属于稳定的无内热源的单层无限大平壁
单值条件 Tw1=450C Tw2=50C q=340W/m.C
保温层平均导热系数
q= 若要使q<340,那么要求
保温层厚度不得小于147mm.
2-8 本题属于稳定的无内热源的多层无限大平壁 ，做法与2－6同。
根据一维热量方程 Q＝，把砌块分为三部分如图，其热阻分别为R1，R2，R3
模拟电路如下

单值条件：Tw1=100C Tw2=20C 1=0.79W/m.C 2=0.29W/m.C
1=32.5mm 2=50mm 3=32.5mm
F1=F3=0.39X1=0.39m F气＝0.27 m F实＝0.12 m
R1＝R3＝
R气＝ R实＝
R2＝ 总热阻

2－9 本题属于稳定的有内热源球体的导热
因为球内外表面温度保持不变，因而内热源散发的热量与球体传热量Q相同qv=Q
单值条件 d1=150mm d2=300mm =73W/m.C tw1=248C tw2=38C
根据公式2－31
球壁内外表面中心球面半径r=
根据公式2-29
2-10 本题属于稳定的有内热源单层平壁的导热 。如图，以混凝土块中间层为Y轴所在平面建立坐标系，其中间层Ｘ坐标为０，温度为Ｔ１，外壁温度为Ｔ２，Ｔ３，且Ｔ２＝Ｔ３

单值条件t1=50C t2=20C =1.5W/m.C qv=100W/
根据公式２－４０　得到平壁内的温度分布方程

为求平壁内最高温度位置，对其求导，并使之为０得
显然，在图中当x=0时，温度最高，因而有
　　得
因为只取了混凝土厚度的一半，因而总厚度为１.９m
2-11 解：本题属于具有稳定内热源的长圆柱体的导热
单值条件　d=3.2mm L=300mm U=10V tw=93C =70.cm =22.5W/m.C
1) 钢丝电阻　R=
2) 钢丝电功率为　
3) 钢丝内热源为
4) 求钢丝中心温度，根据式２－４３

２－１２　解：本题属于稳定的无内热源形状不规则物体的导热
F1为物体内侧表面积，若内壁尺度分别用y1,y2,y3表示，且所有y>时，则整个中空长方体的核算面积为 Fx=F1+4X0.54(y1+y2+y3)+8X0.15=F1+2.16(y1+y2+y3)+1.2
单值条件：　y1=250mm y2=150mm y3=100mm =230mm t1=900C t2=80C

Fx=2X(y1y1+y2y3+y1y3)+2.16(y1+y2+y3)+1.2
=[2X(250X150+150X100+250X100)+2.16X230(250+150+100)+1.2X230X230]X10
=(155000+248400+65480)X10
=0.46688
根据公式２－３２　Q=
2-13 解：　不相同，直径大的管道热损失大
本题属于稳定的无内热源的单层圆筒壁的导热
设两管子的内直径分别为d1,d2，其厚度为　，内外表面温度为t1,t2，导热系数为，已知d1 L=10m Tw=68C Tf=22C
先判断Gr以判断流态，定性温度Tb=
查得
另外
2－16 解：本题属于无限空间中的自然对流换热
单值条件 d=0.3m Tw=450C Tf=50C
先计算Gr以判断流态，定性温度
查表得 V＝40.61X Pr＝0.677
另外
于是有
故处于层流状态
查表得C＝0.53 n＝1/4 定型尺寸 d=0.3m

每米管道上的对流散热量为

2－17 解：本题属于有效空间中的自然对流换热
热面在上面与下面时，其当量导热系数不同，要分别考虑
单值条件 ＝20mm Tw1=130C Tw2=30C
1) 夹层中空气的平均温度 Tf＝

2）按80C查得空气的物性参数

3）计算Grf＝
属于层流，且热平面在下面
4）求
5）计算对流换热量

热面在上边与上同
2－18 解：本题属于流体在管内流动时的换热
单值条件 t=20C W=1.28m/s d=0.118m
查表得
计算
得

2－20 解：本体属于流体强制在管内流动时的换热
单值条件 w=10m/s d=0.05m L=1.75m Tw=150C Tf=100C
查表得 Pr＝0.688
Ref＝
根据2－66 式计算

＝0.021X2936.5 X 0.851＝52.5
因为L/d=35<50 因而查表得修正系数
得
于是有
故处于湍流状态
查表得c=0.12 n=1/3 定性尺寸 d=3m
a=
2－27 1）解：根据斯蒂芬—波尔茨曼定律可求得
σ=5.67×10-8W/ T1=293.15K T2=873.15K

2)由于，平面1所辐射出的总能量全部投射在2上，反之亦然
因而J1＝G2，J2＝G1 可看作A，因而
列方程组 即
化简得
G2＝J1＝
同理得
3）净辐射热量

2－28 1）当在两平面间放置一块黑度为0.8得蔗热板时，其净辐射热量为原来的一半

其辐射网络见课本
Qnet1,2= 31=1 32=1 23=1

2－29 解：裸气管放在空气中，由于所辐射的能量全部为空气吸收，因而空气可以近似看作黑体

2－30 1) 解：在周围安装遮热管，起到了防止热量散失的功能，其中

其热阻网络结构见课本

解：太阳光射到平板上，平板吸收并向空气中辐射，由于平板温度恒定，因而吸收的能量与平板与空气之间的辐射换热量同
T1 为平板温度
2－31解：太阳光射到平板上，平板吸收并向空气中辐射，由于平板温度恒定，因而吸收的能量与平板与空气之间的辐射换热量同
T1 为平板温度
1）当 T2＝25C

2）当

3）此时白板吸收率与其黑度相同 ，二者值相同，计算方法同上
2－32 解：热电偶处于热平衡状态，温度恒定，它对钢管得辐射换热量与它与空气的对流换热量同
单值条件 T1＝110C T2＝220C Tg－空气的真实温度C
热电偶与管道的辐射换热
依题意得 因而有

解得Tg＝253C

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