第八九章习题答案.ppt

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1、1,传输原理 第八九章习题答案,2,8-2当铸件在砂型中冷却凝固时，由于铸件收缩导致铸件表面与砂型间产生气隙，气隙中的空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种基本的热量传递方式？,答：热传导、辐射。注：无对流换热,3,8-3在你所了解的导热现象中，试列举一维、多维温度场实例。答：工程上许多的导热现象，可以归结为温度仅沿一个方向变化，而且与时间无关的一维稳态导热现象。例，大平板、长圆筒和球壁。此外还有半无限大物体，如铸造时砂型的受热升温（砂型外侧未被升温波及）多维温度场：有限长度的圆柱体、平行六面体等，如钢锭加热，焊接厚平板时热源传热过程。,4,8-4 假设在两小时内，通过152mm152mm13mm

2、（厚度）实验板传导的热量为 837J，实验板两个平面的温度分别为19和26，求实验板热导率。,解：由傅里叶定律可知两小时内通过面积为152152mm2的平面的热量为,代入数据得,5,解：有砂型的一侧热流密度为常数，故为第二类边界条件，即0时 固液界面处的边界温度为常数，故为第一类边界条件，即0时w=f()注：实际铸件凝固时有气隙形成，边界条件复杂，常采用第三类边界条件,9-1对正在凝固的铸件来说，其凝固成固体部分的两侧分别为砂型（无气隙）及固液分界面，试列出两侧的边界条件。,6,tmax=238.2,9-3用一平底锅烧开水，锅底已有厚度为3mm的水垢，其热导率为1W/(m)。已知与水相接触的水

3、垢层表面温度为111。通过锅底的热流密度q为42400W/m2，试求金属锅底的最高温度。,解：热量从金属锅底通过水垢向水传导的过程可看成单层壁导热，由公式（9-11）,7,9-4有一厚度为20mm的平面墙，其热导率为1.3W/(m)。为使墙的每平方米热损失不超过1500W，在外侧表面覆盖了一层为0.1 W/(m)的隔热材料，已知复合壁两侧表面温 度分布750 和55，试确定隔热层的厚度。,解：由多层壁平板导热热流密度计算公式（9-14）知每平方米墙的热损失为,代入数据,解得隔热层的厚度,8,9-6冲天炉热风管道的内/外直径分别为160mm和170mm，管外覆盖厚度为80mm的石棉隔热层，管壁和

4、石棉的热导率分别为1=58.2W/(m)，2=0.116W/(m)。已知管道内表面温度为240，石棉层表面温度为40，求每米长管道的热损失。,解：由多层壁圆管道导热热流量公式（9-22）知,9,9-8外径为100mm的蒸汽管道覆盖隔热层采有密度为20Kg/m3的超细玻璃棉毡，已知蒸汽管外壁温度为400，要求隔热层外壁温度不超过50，而每米长管道散热量小于163W，试确定隔热层的厚度。,解：已知,查附录C知超细玻璃棉毡热导率,由圆筒壁热流量计算公式（9-20）知：,10,注意细节！,隔热层的厚度为：,11,9-10在如图9-5所示的三层平壁的稳态导热中，已测的t1,t2,t3及t4分别为600，

5、500，200及100，试求各层热阻的比例,解：根据热阻定义可知,而稳态导热时各层热流量相同，由此可得各层热阻之比为,=100：300：100=1：3：1,12,9-12液态纯铝和纯铜分别在熔点（铝660，铜1083）浇铸入同样材料构成的两个砂型中，砂型的密实度也相同。试问两个砂型的蓄热系数哪个大？为什么？,答：此题为讨论题，砂型的蓄热系数反映的是材料的蓄热能力，综合反映材料蓄热和导热能力的物理量，取决于材料的热物性。,两个砂型材料相同，它们的热导率和比热容c及紧实度都相同，故两个砂型的蓄热系数一样大。注：铸型的蓄热系数与所选造型材料的性质、型砂成分的配比、砂型的紧实度及冷铁等因素有关！考虑温

6、度影响时，浇注纯铜时由于温度较纯铝的高，砂型的热导率会增大，比热和密度基本不变，从而使得砂型蓄热系数会有所增大,13,9-13试求高0.3m，宽0.6m且很长的矩形截面铜柱体放入加热炉内一小时后的中心温度。已知：铜柱体的初始温度为20，炉温1020，表面传热系数a=232.6W/（m2），=34.9W/（m）,c=0.198KJ/（Kg），=780Kg/m3。,解：此题为二维非稳态导热问题，参考例9.8，可看成两块无限大平板导热求解，铜柱中心温度最低，以其为原点，以两块平板法线方向为坐标轴，分别为x，y轴。则有：,热扩散率,14,15,查9-14得，,根据铜柱体中心的过余温度准则,中心温度为,

7、=0.036*（293-1293）+1293=1257k=984,16,9-15一含碳量Wc0.5%的曲轴，加热到600后置于20的空气中回火。曲轴的质量为7.84Kg，表面积为870cm2，比热容为418.7J/(Kg),密度为7840Kg/m3，热导率为42W/(m)，冷 却过程的平均表面传热系数取为29.1W/(m2)，问曲轴中心冷 却到30所经历的时间。,解：当固体内部的导热热阻小于其表面的换热热阻时，固体内部的温度趋于一致，近似认为固体内部的温度t仅是时间的一元函数而与空间坐标无关，这种忽略物体内部导热热阻的简化方法称为集总参数法。通常，当毕奥数Bi0.1M时，采用集总参数法求解温度响应误差不大。对于无限大平板M=1，无限长圆柱M=1/2，球体M=1/3。特性尺度为=V/F。,17,参阅杨世铭编传热学第二版，P105-106,公式（3-29）,其中F为表面积，为传热系数，为时间，tf为流体温度，V为体积,经验算本题可以采用此方法计算温度随时间的依变关系。,18,两边取对数,解得：,代入数据得：,即：,19,谢谢大家！,