题目
一根水平放置的蒸汽管道,其保温层外径d=583mm,外表面实测平均温度及空气温度分别为tw=48°C,tf=23°C,此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面换热系数h=3.42W/(m2·K),保温层外表面的发射率ε=0.9,问:(1)此管道散热必须考虑哪些热量传递方式;(2)计算每米长度管道的总散热量。
一根水平放置的蒸汽管道,其保温层外径d=583mm,外表面实测平均温度及空气温度分别为tw=48°C,tf=23°C,此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面换热系数h=3.42W/(m2·K),保温层外表面的发射率ε=0.9,问:(1)此管道散热必须考虑哪些热量传递方式;(2)计算每米长度管道的总散热量。
题目解答
答案
(1)此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式。(2)274.7W/m。
解析
步骤 1:确定热量传递方式
根据题目描述,管道的散热方式包括辐射换热和自然对流换热两种方式。辐射换热是由于物体表面的热辐射,而自然对流换热是由于空气与管道外表面之间的温差引起的对流换热。
步骤 2:计算辐射换热量
辐射换热量的计算公式为:\[ Q_{辐射} = \varepsilon \sigma A (T_{w}^4 - T_{f}^4) \]
其中,\(\varepsilon\) 是发射率,\(\sigma\) 是斯蒂芬-玻尔兹曼常数(\(5.67 \times 10^{-8} W/(m^2·K^4)\)),\(A\) 是管道的表面积,\(T_{w}\) 和 \(T_{f}\) 分别是管道外表面和空气的绝对温度(单位为K)。
管道的表面积 \(A = \pi d L\),其中 \(d\) 是管道的外径,\(L\) 是管道的长度。题目中要求计算每米长度管道的总散热量,因此 \(L = 1m\)。
将题目中的数据代入公式,得到辐射换热量。
步骤 3:计算自然对流换热量
自然对流换热量的计算公式为:\[ Q_{对流} = h A (T_{w} - T_{f}) \]
其中,\(h\) 是表面换热系数,\(A\) 是管道的表面积,\(T_{w}\) 和 \(T_{f}\) 分别是管道外表面和空气的温度(单位为°C)。
将题目中的数据代入公式,得到自然对流换热量。
步骤 4:计算总散热量
总散热量为辐射换热量和自然对流换热量之和。
\[ Q_{总} = Q_{辐射} + Q_{对流} \]
根据题目描述,管道的散热方式包括辐射换热和自然对流换热两种方式。辐射换热是由于物体表面的热辐射,而自然对流换热是由于空气与管道外表面之间的温差引起的对流换热。
步骤 2:计算辐射换热量
辐射换热量的计算公式为:\[ Q_{辐射} = \varepsilon \sigma A (T_{w}^4 - T_{f}^4) \]
其中,\(\varepsilon\) 是发射率,\(\sigma\) 是斯蒂芬-玻尔兹曼常数(\(5.67 \times 10^{-8} W/(m^2·K^4)\)),\(A\) 是管道的表面积,\(T_{w}\) 和 \(T_{f}\) 分别是管道外表面和空气的绝对温度(单位为K)。
管道的表面积 \(A = \pi d L\),其中 \(d\) 是管道的外径,\(L\) 是管道的长度。题目中要求计算每米长度管道的总散热量,因此 \(L = 1m\)。
将题目中的数据代入公式,得到辐射换热量。
步骤 3:计算自然对流换热量
自然对流换热量的计算公式为:\[ Q_{对流} = h A (T_{w} - T_{f}) \]
其中,\(h\) 是表面换热系数,\(A\) 是管道的表面积,\(T_{w}\) 和 \(T_{f}\) 分别是管道外表面和空气的温度(单位为°C)。
将题目中的数据代入公式,得到自然对流换热量。
步骤 4:计算总散热量
总散热量为辐射换热量和自然对流换热量之和。
\[ Q_{总} = Q_{辐射} + Q_{对流} \]