冶金传输原理-热量传输-第6章 导热 精品.doc

【题6-1】 一窑炉的耐火硅砖炉墙为厚度的硅砖。已知内壁面温度外壁面温度为，试求每平方米炉墙的热损失。已知硅砖在400～1500℃区间的平均热导率为。 解： 【题6-2】 已知灰铸铁、空气及湿砂型的热导率分别为及，试比较1mm厚灰铸铁、空气及湿砂型的热阻。试问：在砂型铸造中，气隙的作用是否可以忽略？ 解：导热热阻故有 灰铸铁 空气 湿砂型 1mm的空气隙的热阻相当于灰铸铁热阻的1500余倍，因此在铸铁冷却分析中，气隙的作用是不可忽略的因素。 【题6-3】某热风管外径为812mm,厚5mm，为了保温，热风管内砌有厚115mm的硅藻土砖，且砖间垫有20mm厚的石棉板。已知热风温度为700℃，风管外表面温度为50℃，求每米热风管的导热量。已知硅藻土及石棉板导热系数分别为提示：因钢的导热系数大且管壁薄，可忽略其热阻。 解： 热风管可看做由硅藻土砖和石棉板组成的双层圆筒壁导热。 平均传热面积为 设则 得 与假设值相近，计算结果有效，故每米热风管导热量为 【题6-4】 一块厚200mm的钢板，初始温度为30℃，放入1200℃高温加热炉内两面对称加热。已知钢板的加热过程中的平均表面对流换热系数试求：(1)钢板表面温度达到800℃时所需的时间；（2）此段时间内每平方米截面传热热量。 解： （1）由于钢板半厚于是表面上 先算出Bi为 从图6-2查得，在平板表面上（此处为表面上的过余温度）。 另一方面，根据已知条件，表面上的无量纲过余温度为 平板中心无量纲过余温度为 由从图6-1中查得由此推算出 （2）由已知条件得 从图6-3查得再从已知条件的于是每平方米截面的累计热量为 负号表示热量从炉子传入钢板。 【题6-5】 蒸汽直管道的外径准备包两层厚度都是15mm的不同材料的绝热层，第一种材料的热导率第二种材料的热导率若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案： （1）1在里层，2在外层； （2）2在里层，1在外层。 哪一种好？为什么？ 解： 方案（1）单位管长的热损失为 方案（2）单位管长的热损失为 比较两种方案的热损失 由于故从减少热损失的观点来看方案（1）好。 【题6-6】 一大型平壁状铸件在砂型中凝固冷却。设砂型内侧表面温度维持1200℃不变，砂型初始温度为20℃，热扩散率试求浇注后1.5h砂型中李内侧表面50mm处的温度。 解： 由高斯函数图中查得 从而有 【题6-7】 一冶金炉的炉底用0.8mm厚的粘土砖，直接砌在混凝土基础上。开工后炉底内表面温度即升至800℃并保持不变，问砖与混凝土界面处何时开始升温，一周后该处温度为多少？设砖及混凝土的热量传输系数平均值为 解： 连同基础，炉底可视为半无限厚大平板。 （1） 即为混凝土与砖界面的开始升温时间。 （2）一周后，由于 以此查高斯函数图得 所以 【题6-8】 有一直径为400mm的钢锭，初温为20℃，将它置于炉温为900℃的炉中加热，试计算表面温度加热到750℃时所需的时间，假定钢锭可近似地视为无限长圆柱体，并取对流换热系数钢锭的热导率为热扩散率 解：表面处，有 查图6-5得，在表面根据已知条件，表面上的无量纲过余温度为 故得 据查图6-4得，故 答：钢锭表面温度加热到750℃时需要1.535h。 【题6-9】 某加热炉炉墙由厚460mm的GZ-94硅砖、厚230mm的QN-1.0轻质粘土砖和厚5mm的钢板组成，炉墙内表面的温度为1600℃，外表面的温度为80℃。三层材料的热导率分别为和。已知QN-1.0轻质粘土砖最高使用温度为1300℃，求炉墙散热的热流密度，并确定QN-1.0轻质粘土砖是否在安全使用温度范围内。 解： 设以单位导热面积计算的炉墙各层的导热热阻分别为 热流密度 界面温度 QN-1.0轻质粘土砖在安全使用温度范围内。 【题6-10】 一主蒸汽管道，蒸汽温度为540℃，管子外径管外包厚的 水泥蛭石保温层，外侧再包15mm的保护层。按规定，保护层外侧温度为48℃，热损失为442W/m。水泥蛭石和保护层的热导率分别为和求保温层的厚度。 解： 由题意， 。单位长度的散热量为 设代入式（a）得 又设代入式（a）求得此值与规定值相近，故可取保温层厚度 【题6-11】有一厚为20mm的平面墙，导热系数为1.3W/(m·℃).为使每平方米墙的热损失不超过1500W，在外表面覆盖了一层导热系数为0.2W/(m·℃)的保温材料。已知复合壁两侧的温度分别为750℃及55℃，试确定此时保温层的厚度。 解：由 解得 【题6-12】用热电偶测得高炉基础内某点的温度为3