热传导
- 傅里叶定律
- Q̇ = kAΔT/L
- 导热热阻
- R = L/(kA)
- 对流热阻
- R = 1/(hA)
- 串联热阻
- Q̇ = ΔTtotal/ΣR
- U 值
- U = 1/(ΣR·A)
公式表、每个专题的关键方法步骤和 4 道练习题,完整解答附在最后。
一面墙由 100 mm 的混凝土和 150 mm 的矿棉组成,面积为 4 m²。外表面温度为 19 °C 和 -4 °C。 求通过墙体的热流量 Q̇。
由 50 mm 木材和 75 mm 矿棉组成的墙,将 20 °C 的房间与 -14 °C 的室外空气隔开。对流换热系数室内为 8 W/(m²·K),室外为 25 W/(m²·K),墙面积为 4 m²。 求墙体的总传热系数 U。
一台管壳式换热器(单壳程、双管程)须传递 540 kW。热流体从 105 °C 冷却到 70 °C,冷流体从 25 °C 加热到 85 °C。该布置的 LMTD 修正系数为 F = 0.92,U = 200 W/(m²·K)。求所需的传热面积 A。
在一台逆流换热器中,两股流体的热容量流率相同,ṁ·cp = 0.5 kW/K。热流体以 140 °C 进入,冷流体以 20 °C 进入。换热器的 A = 4 m²,U = 200 W/(m²·K)。求热流体出口温度 Th,out。
答案: Q̇ = 24.07 W
热阻:通过串联各层的稳态热流类似于通过串联电阻的电流:Q̇ = ΔT/ΣR,导热层 R = L/(kA),对流表面 R = 1/(hA)。各层的温降与其热阻成正比。
答案: U = 0.4284 W/(m²·K)
热阻:通过串联各层的稳态热流类似于通过串联电阻的电流:Q̇ = ΔT/ΣR,导热层 R = L/(kA),对流表面 R = 1/(hA)。各层的温降与其热阻成正比。
答案: A = 95.2 m²
LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔTlm, with ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔTlm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.
逆流时,热流体入口对着冷流体出口,热流体出口对着冷流体入口。
答案: Th,out = 66.15 °C
LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔTlm, with ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔTlm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.
冷流体出口对着热流体入口:Tc,out = Tc,in + (Th,in − Th,out),所以 ΔT₁ = Th,in − Tc,out = Th,out − Tc,in = ΔT₂。
传递的热量:Q̇ = 36.92 kW;冷流体以 93.85 °C 离开。
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