材料工程基础第三五六章的答案课件.pptVIP

解：根据题意，低温空气外掠圆管将热量从圆管带走。1

3-2一外径为0.3m，壁厚为5mm的圆管，长为5m，外表面平均温度为80℃。200℃的空气在管外横向掠过，表面传热系数h为80W／(m流动。如果过程处于稳态，试确定水的出口温度。水的比定压热容为4184J／(kg·K)，密度为980kg／m2·K)。入口温度为20℃的水以0.1m/s的平均速度在管内3。解：根据题意，高温空气外掠圆管将热量传递给圆管内通过的水。高温空气传递给圆管的热量为：流体吸收圆管传递的热量为：2

3-3用平底锅烧开水，与水相接触的锅底温度为111℃，热流密度为42400W/m。使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为32mm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，试计算水垢与金属锅底接触面的温度。水垢的导热系数取为1W/(m·K)。解：根据题意，可以作为单层平壁导热问题处理，即℃3

1)一维稳态导热①通过单层平壁的导热已知:平壁的两个表面分别维持均匀且恒定的温度t和t，无内热源，壁厚为δ。w1w2解：导热系数k常数，无内热源、一维、稳态导热微分方程式x=0时t=tw1t=Cx+Cx=δ时t=tw212表面积为A4

②通过多层平壁的导热已知：各层的厚度δ、δ、δ，各层的导123热系数k、k和k及多层壁两表面的温123度t和t。w1求：各层间分界面上的温度。w4解：5

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③通过圆筒壁的导热已知：一个内外半径分别为r、r的圆筒壁，其12内、外表面温度分别维持均匀恒定的温度t和t。1求：通过圆筒壁的导热量及壁内的温度分布。2解：一维、稳态、无内热源柱体导热r=r时t=t121r=r时t=t2通过多层圆筒壁的导热7

3-4一厚度为10cm的无限大平壁，导热系数k为15W／(m·K)。平壁两侧置于温度为20℃，表面传热系数h为50W／(m·K)的流体中，。试确定平壁内的最高温2平壁内有均匀的内热源=4×104W／m3度及平壁表面温度。解：由于对称性，仅研究壁厚的一半即可。该问题的数学描写为：(a)(b)(c)具有均匀内热源的平壁对式(a)作两次积分，并由边界条件式（b）、（c）确定其积分式中的常数，最后可得平板中的温度分布为：℃℃8

解：9

3-6一烘箱的炉门由两种保温材料A及B做成，且δ=2δ。已知ABk=0.1W／(m·K)，k=0.06W／(m·K)，烘箱内空气温度t=400℃，ABf1内壁面的总表面传热系数h=50W／(m2·K)。为安全起见，希望烘1箱炉门的外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度t=25℃，外表面总f2表面传热系数h=9.5W／(m·K)。22解：根据题意，炉门作为双层平壁考虑，则热流体经多层平壁传热给冷流体的传热过程的热流密度可直接写出为：10

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导热系数相当大，几何尺寸很小，或者表面换热系数极小，都可采用集总参数法毕渥数－Bit以第三类边界条件为重点t??tfhf问题的分析h如图所示，存在两个换热环节：a流体与物体表面的对流换热环节0xb物体内部的导热有如下三种可能：对流换热很快，忽略对流传导换热很快，忽略导热都存在毕渥数：13

集总参数法分析求解1定义：忽略物体内部导热热阻、认为物体温度均匀一致分析方法。此时，温度分布只与时间有关，即，与空间位置无关，因此，也称为零维问题。2温度分布如图所示，任意形状的物体，参数均为已知将其突然置于温度恒为t的流体中∞14

集总参数法分析求解忽略内部热阻（t=f(?)）、非稳态、有内热源，能量方程可化为：其中应看成是广义热源，即界面上交换的热量可折算成整个物体的体积热源集总参数法方程令过余温度?＝t－t，有：?积分控制方程初始条件15

集总参数法分析求解对上式进行整理，得：令：当?＝0：为时间常数，表示物体蓄热量与表面换热量之比当?＝?c：工程上认为此时已达到热平衡状态当?＝4?c：16

对于球、板和柱体，当Bi满足：无限大平板，M＝1无限长圆柱，M＝1/2球，M＝1/3可以采用集总参数法进行分析。采用此判据时，物体中各点过余温度的差别小于5%17

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3-14对置于气流中的一块很粗糙的表面进行传热试验，测得如下的局部换热特性的结果：Nu=0.04Re0.9Pr1/3其中特性长度x为计算点xx离开平板前缘的距离。试计算当气流温度t=27℃、流速u=50m／s∞∞时离开平板前缘x=1.2m处的切应力。平壁温度t=73℃。w解：查空气的物理性质t∞=27℃，粘滞切应力雷诺切应力切应力21

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3-20某物体表面在427℃时的辐射能力与黑体在327