1、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道,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t=48C,t-=23℃,此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42W/(m2K),墙壁的温度近似取为室内空气的温度,保温层外表面的发射率E问:(1)此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式2)计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分

考查要点：本题主要考查传热学中的复合换热问题，涉及自然对流换热和辐射换热的综合计算。

解题核心思路：

1. 判断换热方式：管道外壁与周围空气及墙壁之间的热量传递方式需结合温度条件和环境特点分析。
2. 分项计算散热量：分别计算自然对流和辐射换热的散热量，再求和。

破题关键点：

• 自然对流换热公式直接应用：$q_1 = \pi d h \Delta T$。
• 辐射换热需注意温度单位转换为开尔文，并正确使用斯特藩-玻尔兹曼定律：$q_2 = \pi d \sigma \varepsilon (T_1^4 - T_2^4)$。

第（1）题

管道外壁的换热方式需考虑：

1. 自然对流换热：管道外表面与周围空气之间的对流换热，题目已给出表面传热系数$h$。
2. 辐射换热：管道外表面与周围墙壁（温度近似为室内空气温度）之间的辐射换热。

第（2）题

步骤1：计算自然对流散热量

公式：
$q_1 = \pi d h \Delta T = \pi d h (t_{\text{外}} - t_{\text{空气}})$
代入数据：
$q_1 = 3.14 \times 0.583 \times 3.42 \times (48 - 23) = 156.5 \, \text{W/m}$

步骤2：计算辐射散热量

公式：
$q_2 = \pi d \sigma \varepsilon \left[ (T_{\text{外}} + 273)^4 - (T_{\text{空气}} + 273)^4 \right]$
其中$\sigma = 3.67 \times 10^{-8} \, \text{W/(m}^2\text{K}^4\text{)}$，$\varepsilon = 0.9$，代入数据：
$q_2 = 3.14 \times 0.583 \times 3.67 \times 10^{-8} \times 0.9 \times \left[ 321^4 - 296^4 \right] = 274.7 \, \text{W/m}$

步骤3：求总散热量

$q_{\text{总}} = q_1 + q_2 = 156.5 + 274.7 = 431.2 \, \text{W/m}$