4综合传热讲解

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,3-4 综合传热,导热,对流换热,辐射传热固体与固体之间,辐射传热气体与固体之间,1 一种流体通过器壁向另一种流体传热,t,1,/,t,1,t,2,t,2,/,w,窑内,窑外,Q,Q,s,高温流体与平壁之间的对流和辐射换热,平壁内部的导热,平壁外表面与,低温流体之间的对流和辐射换热,Q,R,对1,R,对2,R,辐1,R,辐2,R,导,t,1,t,2,t,1,/,t,2,/,综合传热系数:,（W/m,2,）,2 一种流体通过多层平壁传热给另一种流体,耐,火,砖,空,气,夹,层,硅,藻,土,砖,红,砖,t,w1,t,w2,t,1,t,2,t,界1,t,界2,t,界3,Q,Q,Q,1,Q,2,Q,3,窑墙，共n层,窑内,火焰或焰气,窑外,冷空气,d,2,t,1,t,1,/,t,2,t,2,/,d,1,3 一种流体通过圆筒壁传热给另一种流体,圆筒壁的导热面积沿热流方向改变，一般计算单位长度圆筒壁得传热量q,L,。,筒壁内流体与筒内壁之间的对流和辐射换热,圆筒壁的导热,筒外壁与,低温流体之间的对流和辐射换热,r,1,r,2,r,3,r,4,t,1,t,2,4 一种流体通过多层圆筒壁传热给另一种流体,5 窑内火焰空间内的传热,窑,墙,F,w,玻璃液,F,m,火焰,燃料在窑内燃烧，将热量以对流和辐射的形式传递给物料和窑墙的过程，窑内的温度场、压力场和速度场是不均匀的。,简化与假定窑内的传热过程：,(1)火焰在窑内各处的温度相等，T,f,；,(2) 火焰黑度与其吸收率相等（,f,=A,f,）,，其数值根据T,f,计算；,(3) 火焰完全充满空间（角系数）；,(4) 物料表面各处的温度相等，T,m,；,(5) 物料表面的黑度为一定值，,m,；,(6) 窑墙（含窑顶）内表面各处的温度相等，T,w,；,(7) 窑墙表面的黑度为一定值，,w,；,(8) 窑体损失与周围外界的热量恰好等于火焰以对流方式传给窑墙的热量。,火焰,物料,Q,wm,Q,gm,Q,c,gm,习题课,导热,对流换热,辐射传热,例：有座玻璃池窑的胸墙，用 450mm 厚的硅砖砌筑，测得其内表面的温度为 1500 ，外表面的温度为 350 ，,=0.92+0.710,-3,t W/m. ，求通过硅砖的散热损失是多少？,解：,例：耐火砖与红砖砌成的炉墙 s,1,=150mm ，,1,=1.16W/m.,， s,2,=200mm ，,2,= 0.7w/m . ， t,1,= 300 ， t,3,=,5 ， 炉墙总面积 20m,2,，求：,（1）求通过炉墙的散热损失Q ?,（2）界面温度,t,2,？,粘,土,砖,红,砖,t,3,t,2,t,1,q,q,s,2,2,s,1,1,解：据导热公式：,例：,一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m,2,，平均导热系数为1.04w/mk，内外壁温分别是520及50。,（1）试计算通过炉墙的热损失。,（2）如果所燃用的煤的发热量是2.0910,4,kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？,解：根据傅立叶公式,每天用煤,例：在外径为140 mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度 为390，保温层外表温度不大于40。保温材料的,=0.,1+0.0002t (t的单位为。的单位为W/（m）)。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。,解：,先求保温层在平均温度下的导热系数，即：,（1）,保温层厚度：,得r,3,=0.141m,故保温层厚度为：,（2）保温层中温度的分布,设保温层半径r处，温度为t，代入式可得：,解上式并整理得：,例：,空气横向流过单根圆管的对流换热,管壁平均温度 t,w,=69 ，空气温度 t,f,=20 ，管子外径 d=14mm ，加热段长80mm，加热段的输入功率 8.5w，如果全部热量通过对流换热传给空气，求表面的对流换热系数多大？,解：根据牛顿冷却公式,例：,一矩形保温柜的外保温层是双壁为镀银的夹层结构，夹层空隙很小。外壁内表面温度tw1为-10，内壁外表面温度tw2为90，镀银壁面的黑度为,=0.02。,试计算：（1）系统导来黑度；（2）单位面积容器壁辐射换热的散热量。,解：由于容器夹层的间隙很小，可认为是无限大平行表面间的辐射换热问题，则两平板的角系数为：,则系统导来黑度,则单位面积的辐射换热量为：,例：,宇宙空间可近似的看作 0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为 250K ，表面黑度为 0.7 ，试计算航天器单位表面上的换热量？,当一平面或一物体被另一物体包围时：,如果两物体中，A,2,A,1,，则：n1。,解：,例：,车间内有一高和宽各为3m的铸铁铁炉门，温度为227，室内温度为27。为了减少热损失，在炉门前50mm处放置一块尺寸和炉门相同而黑度为0.11的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。,铸铁的黑度,1=0.78,高温炉门,铝板遮热屏,环境空气,解：（1）放置铝板前因辐射损失的热量：,炉门被周围空气包围A2A1，则：n1,12=1,A,=,A,1,=33=9m,2,（2）放置铝板后因辐射损失的热量。以下标1、2和,i,分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的温度为,T,i,，则铝板向房间辐射的热量为：,式中,A,i,=33=9m,2,铝板被周围空气包围A2Ai，则：ni,i2=1,炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热，故放置铝板后因辐射损失的热量为：,当传热到达稳定时，,即,解得,T,i,=432K,将,T,i,值代入式（,b,）得：,放置铝板后辐射热损失减少的百分率为,由以上结果可知，设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法，而且挡板材料的黑度越低，挡板的层数越多，热损失越少。,例：,双层玻璃窗1.1m1.2m，玻璃厚为3mm，,1,=1.05W/m.K，中间空气层厚为5mm，设空气隙仅起导热作用,2,=0.026W/m.K，室内空气温度t,1,=25，表面对流换热系数为,1,=,20W/m,2,.K，室外空气温度t,1,=-10，表面对流换热系数为,2,=,15W/m,2,.K,。求：,（1）室内向室外的传热量Q？,（2）若采用单层玻璃，其热损失是双层的多少倍？,解：双层时，,单层时，,热损失的比值：,例：,空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。表面 2 是厚s= 0.1m 的平板的一侧面，其另一侧表面 3 被高温流体加热，平板的平均导热系数 =17.5W/m .K ，试问在稳态工况下（,表面 1 到表面 2 的辐射换热量 = 表面 2 到表面 3 的导热量,）表面 3 的 tw,3,温度为多少？,s,解：表面 1 到表面 2 的辐射换热量 = 表面 2 到表面 3 的导热量,例：已知气体温度t,g,=1400，空气温度t,a,=25；由热气体到内壁的总换热系数,t1,= 82W/(m,2,)，外表面到空气的总换热系数,t2,= 23W/(m,2,)；窑墙由粘土耐火砖构成，厚度s=0.345m，=0.698 + 0.6410,-3,t,。求通过每平方米窑墙向周围空间所散失的热量。,粘,土,砖,t,a,t,2,t,1,q,q,t,g,解: 由于导热系数与温度有关，先假定内表面温度t,1,=1350,外表面温 度t,2,=200,平均温度t,m,=（1350+200）/2=775,材料的导热系数：=0.698 + 0.6410,-3,t =1.194,综合传热系数：K= 1/1/820.345/1.194+1/23 =2.90 W/(m,2,),通过1m,2,窑墙散失于空气中的热流密度为：,q=k(t,g,t,a,)=2.90(140025)=3987.5W/m,2,在这样的热流下，墙壁内外表面温度为：,t,1,=t,g,q/,t1,=14003987.5/82=1351,t,2,=t,a, q/,t2,=253987.5/23=198,与假定温度十分接近，故不再进行计算。,例：有一外径为60mm、壁厚为3mm的蒸汽管道，管壁导热系数,1,=54W/(mK)；管道外壁上包有厚50mm的石棉绳保温层，导热系数,2,=0.15W/(mK)；管内蒸汽温度t,f1,=150，对流换热系数,1,=120W/m,2,.k；管外空气温度t,f2,=20，对流换热系数,2,=10W/m,2,.k 。,试求：通过单位长度管壁的导热热流量q,l,；金属管道内、外侧表面的温度t,w1,和t,w2,；若忽略不计金属管壁导热热阻，q,l,将发生多大变化,tf,1,tf,2,tw,1,tw,2,解： 蒸汽管道的长度比其外径尺寸大得多，可视作无限长圆筒壁。,传热过程的热阻组成为： W/m,内表面对流换热热阻,金属管壁导热热阻,保温材料导热热阻,外表面对流换热热阻,W/m, 金属管道内、外侧表面的温度,t,w1,和t,w2, 如果不计金属管壁的导热热阻，则W/m,与不忽略金属管壁热阻时比较热流量变化甚微，不足0.07,。,例：,已知锅炉内烟气的温度为 1000 ， 锅炉内水的温度为 200 ，从烟气到炉壁的对流和辐射给热系数,g1,=116 W/m,2,. ,，从壁面到水的给热系数,g2,=2320 W/m,2,. ,锅炉壁厚 20mm ，导热系数,=58 W/m. ，求烟气到水的综合热流量及锅炉两表面的温度。, 解 综合热流量：,又,锅炉内表面温度：,锅炉外表面温度：,上题中，如果在锅炉壁的外侧，覆盖一层烟灰，厚 0.5mm ， 导热系数,1,=0.10 W/m. ， 而锅炉壁内侧结有一层水垢，厚 2mm ，,2,=1.16 W/m. 。试计算综合热流量。, 解 综合热流量,由于锅炉积灰、结垢，热流量较以前减少了 ：,1-48800/85100=,43.6%,例：用裸露热电偶测得炉膛内烟气温度t,1,=792，炉壁面温度t,w,=600，烟气对热电偶表面的对流换热系数=58.2W/(m,2.,)，热电偶表面黑度,1,=0.3，试求烟气的真实温度和测温误差。,t,1,t,w,t,f,解: 烟气通过对流换热方式传给热电偶的热流密度：,热电偶以辐射方式把热量传给炉壁，其辐射换热量：,得到烟气的真实温度 ：,测温绝对误差为206，相对误差26%，需采用措施：降低热电偶的黑度,1,；提高气流速度，以增加对流换热系数。,