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 的木材和 25 mm 的混凝土组成,面积为 4 m²。外表面温度为 16 °C 和 -5 °C。 求两层交界面处的温度 Ti。
由 200 mm 砖和 150 mm 发泡聚苯乙烯组成的墙,将 21 °C 的房间与 4 °C 的室外空气隔开。对流换热系数室内为 6 W/(m²·K),室外为 30 W/(m²·K),墙面积为 20 m²。 求墙内表面的温度 Ts。
在冷凝器中,蒸汽在管外以恒定的 130 °C 冷凝。冷却水(4 kg/s,cp = 4.18 kJ/(kg·K))在管内流动,从 25 °C 加热到 105 °C。总传热系数为 2500 W/(m²·K)。求所需的传热面积 A。
在一台传热面积为 2 m²、U = 2500 W/(m²·K) 的冷凝器中,蒸汽在管外以恒定的 130 °C 冷凝。冷却水(0.5 kg/s,cp = 4.18 kJ/(kg·K))以 30 °C 进入管内。求水的出口温度 Tc,out。
答案: Ti = −4.381 °C
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。
第一层中温度下降 Q̇·R₁。
答案: Ts = 20.41 °C
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 = 9.598 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.
答案: Tc,out = 120.9 °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.
取 ΔT₁ = Ts − Tc,in,ΔT₂ = Ts − Tc,out,则 ΔT₁ − ΔT₂ 等于水的温升,所以温升被约去。
传递的热量:Q̇ = 189.9 kW。
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