材料科学工程基础计算题.doc
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1、.1热工基础习题解答 第二章:传热学 2-1 某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土砖与红砖砌成,硅藻土砖与红砖的厚度分别为40mm和250mm,导热系数分别为0.13和0.39W/m,如果 不用硅藻土层,但又希望炉墙的散热维持原状, 则红砖必须加厚到多少毫米? (1)精品. 解得即红砖的厚度应增加到 370mm 才能维持原散热热流密 度不变。 2-2 某厂蒸汽管道为1755的钢管,外面包了一层95mm厚的石棉保温层,管壁和石棉的导热系数分别为50、0.1w/m.,管道内表面的温度为300,保温层外表面温度为50。试求每米管长的散热损失。在计算中能否略去钢管的 热阻,为什么? 解:石棉保温层和钢管在每
2、米长度方向上产生的热阻分别为: 精品. 2-3试求通过如图3-108所示的复合壁的热流量。假设热流是一维的;已知各材料的导热系数为:A=1.2、B=0.6、C=0.3、D=0.8w/m。 精品. 2-4平壁表面温度tw1=450,采用石棉作为保温层的热绝缘材料,导热系数=0.094+0.000125t,保温层外表面温度tw2=50,若要求热损失不超过340w/m2,则保温层的厚度应为多少? 解:平壁的平均温度为 :即保温层的厚度应至少为147mm。 精品.2-5浇注大型混凝土砌块时,由于水泥的水化热使砌块中心温度升高而导致开裂,因此,砌块 不能太大。现欲浇注混凝土墙,水泥释放水化热为100w/
3、m3,混凝土导热系数为1.5W/m,假设两壁 温度为20,限制墙中心温度不得超过50。试问 墙厚不得超过多少米? 解:由于墙的两侧温度 相等,所以墙内的温度 分布为 2-6一电炉炉膛长宽高=250150100mm,炉衬为230mm厚的轻质粘土砖(密度为800kg/m3)。已 知内壁平均温度为900,炉体外表面温度为80。 试求此电炉的散热量。 解:通过该电炉的散热量可以表示为:精品. 将该电炉视为中空长方体,则其核算面积为: 2-7有两根用同样材料制成的等长度水平横管,具有相同的表面温度,在空气中自然散热,第 一根管子的直径是第二根管子直径的10倍,如果这 两根管子的(GrPr)值均在1031
4、09之间,且可用准数方程式Nub=0.53Grb。试求两根管子的对流换0.25热系数比值和热损失的比值。精品. 解:对于与圆管进行对流换热的情形,空气的由于横管的表面温度相同,并且空气温度相同,所以均相等,可得 2-8根据隧道窑模型实验,确定了圆柱形料垛对流换热系数的准数方程式为:Nuf=0.0146Ref0.85。 现用空气强制冷却圆柱形料垛,空气温度为20,空 气流速为1.28m/s,料垛直径为0.118m。试求圆柱形 料垛对空气的对流换热系数。 解:查得空气在20C时的物性参数为: 精品. 2-9一条半圆拱式烟道,长10m,烟道内宽800mm,两侧墙高300mm,拱高400mm。今有烟气
5、以1800Nm3/h的流量通过该烟道,已知烟气平均温度为350,烟道内壁面平均温度为240,试求烟气对 壁面的对流换热系数及传热量。 解:烟道的截面积和周 长分别为:精品.精品. 2-10 60的水进入一内径为25.4mm的管子,水的流速为2cm/s。试计算水的出口温度(已知管长3m,管壁温度恒 定为80) 解:设水出口处的温度为70C,则水的定性温度为:查得水的物性参数为:精品. 与原假设相差不大,所以可以认为水的出口温度为72.8。如果要求的精确度更高,可以再假设水的 出口温度为71.4,继续进行计算,直到满意为 止。 2-11 两无限大平面,其表面温度分别为20及600,黑度均为0.8,
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