傳熱學(xué)第六章答案

1、第六章復(fù)習(xí)題1、什么叫做兩個現(xiàn)象相似，它們有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描述的現(xiàn)象，如果在相應(yīng)的時 刻與相應(yīng)的地點上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對于成比例，則稱為兩個現(xiàn)象相似。凡相似的現(xiàn)象，都有一個十分重要的特性，即描述該現(xiàn)象的同名特征數(shù)（準(zhǔn)則）對應(yīng)相等。（1） 初始條件。指非穩(wěn)態(tài)問題中初始時刻的物理量分布。（2） 邊界條件。所研究系統(tǒng)邊界上的溫度（或熱六密度）、速度分布等條件。（3） 幾何條件。換熱表面的幾何形狀、位置、以及表面的粗糙度等。（4） 物理條件。物體的種類與物性。2試舉出工程技術(shù)中應(yīng)用相似原理的兩個例子3當(dāng)一個由若干個物理量所組成的試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)目較少的

2、無量綱以后，這個試驗 數(shù)據(jù)的性質(zhì)起了什么變化？4外掠單管與管內(nèi)流動這兩個流動現(xiàn)象在本質(zhì)上有什么不同？5、對于外接管束的換熱，整個管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只有在流動方向管排數(shù)大于一 定值后才與排數(shù)無關(guān)，試分析原因。答：因后排管受到前排管尾流的影響（擾動）作用對平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響直到 10 排管子以上的管子才能消失。6、試簡述充分發(fā)展的管內(nèi)流動與換熱這一概念的含義。 答：由于流體由大空間進(jìn)入管內(nèi)時， 管內(nèi)形成的邊界層由零開始發(fā)展直到管子的中心線 位置，這種影響才不發(fā)生變法，同樣在此時對流換熱系數(shù)才不受局部對流換熱系數(shù)的影響。7、什么叫大空間自然對流換熱？什么叫有限自然對流換熱？這與強(qiáng)制對流中的外

3、部流 動和內(nèi)部流動有什么異同？答：大空間作自然對流時， 流體的冷卻過程與加熱過程互不影響， 當(dāng)其流動時形成的邊 界層相互干擾時，稱為有限空間自然對流。這與外部流動和內(nèi)部流動的劃分有類似的地方， 但流動的動因不同， 一個由外在因素引 起的流動，一個是由流體的溫度不同而引起的流動。8簡述射流沖擊傳熱時被沖擊表面上局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的分布規(guī)律9.簡述Nu數(shù)，Pr數(shù)，Gr數(shù)的物理意義.Nu數(shù)與Bi數(shù)有什么區(qū)別？10對于新遇到的一種對流傳熱現(xiàn)象， 在從參考資料中尋找換熱的特征數(shù)方程時要注意 什么？相似原理與量綱分析6- 1、在一臺縮小成為實物1/8的模型中，用 20C的空氣來模擬實物中平均溫度為200C空

4、氣的加熱過程。實物中空氣的平均流速為6.03m/s，問模型中的流速應(yīng)為若干？若模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為195W/(m2K)，求相應(yīng)實物中的值。在這一實物中，模型與實物中流體的Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等，你認(rèn)為這樣的?；囼炗袩o實用價值？解：根據(jù)相似理論，模型與 實物中的Re應(yīng)相等空氣在20 C和200 C時的物性參數(shù)為：20 C:200 C:115.06 10 6m2/s, 12.59 10 2W/m K,Pr10.70323.93 10 W/m K,Pr20.6802山1|34.8516 2 #10 m /s, 2U12 J()(f)u2NU1NU215.0634.856.0320.85m/s得：

5、h2 h1(d)()1951212 1上述?；囼?，雖然模這樣的模化試驗是有實18型與流體的 用價值的。3.932.5936.99W/(m2 K)Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等，但十分相近解: h(gt)cM1T 3LT2M LT3 ML 3 L21T 2 ML 1T 1n r7 43(1，2，3)= 06-2、對于恒壁溫邊界條件的自然對流，試用量綱分析方法導(dǎo)出:提示：在自然對流換熱中 ga t起相當(dāng)于強(qiáng)制對流中流速的作用。則各準(zhǔn)內(nèi)涵表達(dá)式如下LLNu f(Gr,Pr)。展開:解得:1 =hLa1b1c1(gt)d1 a2b2c2 /八d22 一L(gt) a3b3c3 z,、d33 =cL(gt)M1T

6、 3La1Mb1匕1丁 3b1 m c1 l “丁 01丁 2d 1 1b1 c11 b1_ 3 :3b 1 c1 2d1 a1 b1 c1 d1MTLb1 1, c1 0, d1 0, a1 1hL1 1 0(g t)0 hL/ Nu3 a2 b2 b2 b2 3b2 c2 c2 c2 d 2 2d 2ML L M L T M L T L TM1 b2 c2L3 a2 b2 c2 d2b2T3b2 c2 d2b2 0, c2 1, 各系數(shù)乘以2得：0(g2 3 022 13 L T2 a3 b3b3 1,cL0 1d22La3M b3c3 d3 1 b1/2, a2 3/2033gtL /.

7、b3 3b3 c3. c3L TM L T32 3b3 c3 3d3 b3 c3訂Mt)1b3GrcLdT 2d 3c3 1, d31 03 cl (g t) 即原則性準(zhǔn)則方程：Nu f(Gr ,Pr)0, a3 0c / Pr6-3、試用量綱分析法證明,流邊界條件也是合適的，只是此時恒壁溫情況下導(dǎo)出的Gr數(shù)應(yīng)定義為GrNuf (Gr, Pr)的關(guān)系式對于恒熱I 4 /2g ql /。證明：在習(xí)題18的分析中以q代替t （因為此時熱流密度已知，而t中的壁溫為未,1為基本變量，則有:空，Nu f Gr、Pr知），則有 h f （g q, 1, , 1,cp,），仍以22h2c2 | d2g qL

8、MT 5123 h21 1 c2 d25ML 3 ML 1T 1 L LMT 5L12 3h? c d?m 12 h2 c2t 5 52 c2 1 221c22b22 d241 242 4 g qlGr2 g ql12得;11h1c1 d1 .1 hhl1 1j3h3c3d333l 3Cp36-4、已知：對于常物性流體橫向掠過管束時的對流換熱，當(dāng)流動方向上的排數(shù)大于10時，試驗發(fā)現(xiàn)，管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h取決于下列因素：流體速度u ；流體物性、cp ；幾何參數(shù) d、3、s2。求：試用量綱分析法證明，此時的對流換熱關(guān)系式可以整理為：Nu f Re、Pr、sjd、s2/dC解：基本物理量有 h、

9、u、 p、d、si、s2、共九個，基本量綱有4個（時間T、長度L、質(zhì)量M、溫度Q）, n=9 ,=7。方程有五組，選取 u,d, ,h為基本物理量，得：1a1hudb1c1d12a2 udb2c2d23a3Cpudb3c3d34a 4s1udb4c4d4dminMQ 1T 3dminddminML 1T 1dminMLQ 1T 31 C1 d1 Q 1 C1T 31 C2 d2 q C2t a2 c3 d313 3Qaidmin u3ci di l< 1bi Ci di3C2 d2 l 3 a2 b2 C3 T 2 a3 3c3 d3 2 a3 b3C2 d2C3 d3C4 d4。4丁C5

10、 d5Q C5T上式等號左邊為無量綱量,C5a43C4 d4 1 a4 b4 C43c5 d5 l1 a5 b5 C5因此等號右邊各量綱的指數(shù)必為零d4d5（量綱和諧原理），故得:1C1d10C 11C110d 103 a1 3c1d10a 10a1b1C1d10b 111C2d20C 20C20d 21a23c2d20a 213 a2 b2C2d20b 21C3d30C311C30d312 a33 C；3d30a302a3b3C3d30b30C4d40C40C40d41a43 c 4d40a401a4b4C4d40b40C5d 50C 50C50d 50a 53 C5d 50a 501a5b

11、5C5d 50b 51因而得：u1d1ud/Re0. 03 Cp u d11 CpPrS1d10. 100 S25 S2 u d d因此 h f(u.d. . .Cp. .Si.S2)的關(guān)系式可轉(zhuǎn)化為：Nu f(Re.Pr.m.里)d dm=1/3，試確定其中的常數(shù)C與指6-5、已知：有人曾經(jīng)給出下列流體外掠正方形柱體(其一面與來流方向垂直)的換熱 數(shù)據(jù)：6-6、已知：如圖，有人通過試驗得了下列數(shù)據(jù):2Ui 15m/s h 40W/ m KNuRePr4150002.2125200003.9117410000.7202900000.7行計算，為什么？解：由NuC Ren Prm有l(wèi)gNu lg

12、 Cn lg Re mlg Prlg Nu1lg Pr與 lg Re根據(jù)實驗數(shù)據(jù)有:m成線性關(guān)系1 , m lg Pr1lg Nulg Prlg Nulg Rem3 9lg Re1.623.6990.11411.50593.6992.09694.30100.19701.89994.3012.06814.6128-0.0522.12014.61282.30544.9542-0.0522.35744.95422.35741.5059-n0.678.-4.95423.699lg C為直線在縱坐標(biāo)上的截距。求：采用Nu C Ren Prm的關(guān)系式來整理數(shù)據(jù)并取數(shù)n在上述Re及Pr的范圍內(nèi)，當(dāng)方形柱體的

13、截面對角線與來流方向平行時，可否用此式進(jìn)不能將上述關(guān)聯(lián)式用于截面對角線與來流平行的情形，因為兩種情形下流動方向與物體的相對位置不同。2u220m/s, h 50W/ m K。設(shè) Nu CRemPrn。特征長度為 I。求：對于形狀相似但l 1m的柱體試確定當(dāng)空氣流速為15m/s及20m/s時的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。四種情形下定性溫度之值均相同。Nu1400.520Re1u1L15 0.57.5;JJ解：(1)fffffNu2500.525Re2u2L20 0.510JfffffNu3h3 lJRe15 115;JfffNU4h4 lJRe420ff。Nu CRemPrn，n對四種情況，C、Pr 、m

14、均相同，由1、2兩情形得m207.52510nPr207.5由（3）得:h3 / f15/，由此得:0.766152510,m=0.766。20/ f7.5/0.766 f0.766fh320Prn，與（1）相除得:150.7667.5,h30.766220 234.25W/ m K0.76620nPr由（4）得：f與( 1)相除得:0.766 f0.76620/ f7.5/ fh4/ f 20 /h4202h334.3W/ m0.766207.50.766,h420 2.141242.81W/ m K2h442.8W/ m K。管槽內(nèi)強(qiáng)制對流換熱n根外徑為d的圓6-7、已知：（1）邊長為a及

15、b的矩形通道：（2）同（1）,但b a ；（3）環(huán)形通道, 內(nèi)管外徑為d，外管內(nèi)徑為D；（4）在一個內(nèi)徑為D的圓形筒體內(nèi)布置了 管，流體在圓管外作縱向流動。求：四種情形下的當(dāng)量直徑。解:1 dm2 dm3 dm4 dm4ab2ab2 a ba b4ab2ab2 a ba b22Dd4222D2d2D4n22d2bD2 nd22 D ndD nd6-&已知：一常物性的流體同時流過溫度與之不同的兩根直管1 與 2,且 d1 2d2 ,流動與換熱已處于湍流充分發(fā)展區(qū)域。求：下列兩種情形下兩管內(nèi)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對大小:(1)流體以同樣流速流過兩管：（2）流體以同樣的質(zhì)量流量流過兩管。解：設(shè)流體是被

16、加熱的，則以式（5-54）為基礎(chǔ)來分析時,有:0.40.60.4_ Cpuh04 02h對一種情形，U1 U2 d1 2d2，故:.0.8. 0.2h1u1d1,0T , 0.2h?U2d 20.80.2u1d1u 2d 20.81.81 u 1d 22 2u2d11.828.7%若流體被冷卻，因Pr數(shù)不進(jìn)入h之比的表達(dá)式，上述分析仍有效。6-9、已知：變壓器油3885 kg/m ,3.8 10 5m2/s ,Pr 490。在內(nèi)徑為30mm的管子內(nèi)冷卻，管子長 2m,流量為0.313kg/s。求：試判斷流動狀態(tài)及換熱是否已進(jìn)入充分發(fā)展區(qū)。4 0.3134m一一Re5395解：du 3.1416

17、 0.03 885 3.8 102300流動為層流。按式（5-52）給出的關(guān)系式，0.05RePr 0.05 3954909678,而l/d 2/0.03 66.70.05RePr，所以流動與換熱處于入口段區(qū)域。6-10 .發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)從空氣改為氫氣厚可以提高冷卻效率，試對氫氣與空氣的冷卻效果進(jìn)行比較比較的條件是：管道內(nèi)湍流對流傳熱，通道幾個尺寸，流速均相同，定性溫度為50 C ,氣體均處于常壓下，不考慮溫差修正.50 C氫氣的物性數(shù)據(jù)如下：0.0755kg m3,19.42 10 2 W mK ,9.41 10 6Pas,Cp 14.36kJ kgK6- 11、已知：平均溫度為 100C

18、、壓力為120kPa的空氣，以1.5m/s的流速流經(jīng)內(nèi)徑為求：估計在換熱充分發(fā)展區(qū)的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：空氣密度按理想氣體公式計算PRT120000287 3731.121kg/m3空氣的 與壓力關(guān)系甚小，仍可按一物理大氣壓下之值取用,100C 時:61.1211 5621.9 10 kg / m s ,Re0.025 101919230021.90.03212h 4.364.365.6W/ m 42.04kJ /kg，出口 i 209.3kJ / kg，得熱量 t，直到 1與 2相符合為止（在允許誤差范圍內(nèi)）。經(jīng) K故為層流。按給定條件得：d0.025。6- 12、已知：一直管內(nèi)徑為2

19、.5cm、長15m，水的質(zhì)量流量為 0.5kg/s，入口水溫為10C, 管子除了入口處很短的一段距離外，其余部分每個截面上的壁溫都比當(dāng)?shù)仄骄疁馗?5C。求：水的出口溫度。并判斷此時的熱邊界條件。解：假使出口水溫t50 C,則定性溫度tf50 3030C,水的物性參數(shù)為0.618W/ m K ,801.5106kg / m,Pr 5.42。64 0.5 10Re凹d 3.1416 0.025 801.531771104因 tw tf15 C,不考慮溫差修正，則Nuf0.。23 317710.85.420.4180.70.025h 虬 18.7 618 4466.9W/m2 d1 h dl tw

20、 tf 4466.9 3.1416 0.025 15 1578.94kW另一方面，由水的進(jìn)口焓。m i i 0.5209.3 42.0483.67kW。1，需重新假設(shè)過計算得t47.5 C, 1278.4kW。這是均勻熱流的邊界條件。6- 13、已知：一直管內(nèi)徑為16cm，流體流速為1.5m/s，平均溫度為10 C，換熱進(jìn)入 充分發(fā)展階段。管壁平均溫度與液體平均溫度的差值小于10C，流體被加熱。求：試比較當(dāng)流體分別為氟利昂134a及水時對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對大小。解：由附錄10及13, 10C下水及R134a的物性參數(shù)各為:R134a：0.0888W/ m K ,0.2018 10 6m2

21、/s, Pr 3.915 ；6 2水： 0.574W/m K ,1.306 10 m /s, Pr 9.52 ；1.5 0.016 “6Re1061.1893105 ,0.2018n a.,0 40.0888h0.023 1189300.83.9150.016對 R134a：2531.3W/m2 K對水:1.5 0.0166Re1018376,1.3060 80 4 0.5742h 0.023 18376 .9.52 .5241W/ m K0.016對此情形，R134a的對流換熱系數(shù)僅為水的38.2%。6- 14、已知：1.013 10 Pa下的空氣在內(nèi)徑為76mm的直管內(nèi)流動，入口溫度為65

22、C,180 C。3入口體積流量為0.022m /s,管壁的平均溫度為求：管子多長才能使空氣加熱到115C。t 65115解：定性溫度f290C,相應(yīng)的物性值為:0.972kg/m3Cp 1.009kJ/ kg K ,在入口溫度下,3.13 10 2W/ m K ,31.0045kg/m，故進(jìn)口質(zhì)量流量:21.510 6kg/ m0.69033m 0.022m /s 1.0045kg/m2.298 102kg /sRe 空 4 2298 10 2 10617906d 3.1416 0.076 21.5104，先按l/d60計,50.08 0.03130.076空氣在 115 C時，cp OkJ/

23、kg K , 65C時，cp MMkJ/kg KNu00.023 179060.80.69.450.08, h20.62W/m2 K故加熱空氣所需熱量為:n nit22mCpt Cpt0.02298 1.009 10 115 1.007 10 65 1162.3W采用教材P165上所給的大溫差修正關(guān)系式：0.53CtTf0.53273 90273 1800.533634530.885。所需管長:dh tw tf1162.3 2.96 m 3.1416 0.076 20.62 0.88518090l/d 2.96/0.076 38.6 60，需進(jìn)行短管修正。采用式（5-64）的關(guān)系式:Cf 1d

24、/l 07 1.0775,所需管長為2.96/1.0775=2.75m。6 15、已知:14號潤滑油，平均溫度為40 C,流過壁溫為 80C，長為1。5m、內(nèi)徑為22.1mm的直管,流量為 800kg/h。80 C時油的428.4 10 kg/ m s。求：油與壁面間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及換熱量。解：40 C時14號潤滑油的物性參數(shù)為:0.1416W/ m K ,880.7kg /m3 ,1242.2 10 6m2/s, Pr 1522Pr 323，符合本書第二版式（4-64）的應(yīng)用范圍，于是:Nuf0.46Re0.5 Pr0.43 Prf/Prw 0.25 d/I0.4Re4m4 800/36

25、003.1416 0.021 880.7 124.2 10 6123.20.05 Re Pr0.05 123.2 15229375.5, l /d 1.5/0.022167.9處于入口段狀態(tài),Prf/Prw 1522/3234.712是：Nu0.46 123.20.515220.43 1522/3230.250.41/67.932.5325 1462210W/m2 K6 16、已知：該環(huán)形空間的內(nèi)管外壁溫維持在60mm。0.0221hA At 215.1 3.1416 0.0221初溫為30C的水，以0.875kg/s的流量流經(jīng)一套管式換熱器的環(huán)形空間。100 C，換熱器外殼絕熱，內(nèi)管外徑為4

26、0mm，外管內(nèi)徑為80 401.5 895W求：把水加熱到50 C時的套管長度。在管子出口截面處的局部熱流密度是多少?30 50tf解：定性溫度 查得：40C,0.635W/ m653.3 10 6 kg / m s , cp 4147J / kg K , Pr 4.31,dcD d 604020mmRe4mdcD2 d23.14166282.5 10 kg/ m s4 0.857 0.020.0620.042653.3 10 616702流體被加熱，按式（5-56）,有:Nu f0,027Re0.8 Pr1/3f / w 0.110.027 167020.84.311/3 653.3/282

27、.5 0.11115.1h 115.1 0.6350.0223654.4W/ m K。由熱平衡式cPmt tAhtw tf dlh tw tf，得:Cpm ttl dh tw t f4174 0.85750 302.2m3.1416 0.04 3654.4100302管子出口處局部熱流密度為q h t 3654.4 100 50183kW/m6- 17、已知：一臺100MW的發(fā)電機(jī)采用氫氣冷卻，氫氣初始溫度為27C,離開發(fā)電4機(jī)時為 88C,氫氣為 Cp M.MkJ/kg K ,.O87 10 kg/mS。發(fā)電機(jī)效率為98.5%。氫氣出發(fā)電機(jī)后進(jìn)入一正方形截面的管道。5求：若要在管道中維持 R

28、e 10，其截面積應(yīng)為多大?解：發(fā)電機(jī)中的發(fā)熱量為Q 16100 100.015 1006 6101.5 10 W這些熱量被氫氣吸收并從 27 C上升到88C，由此可定氫的流量G：14.24 10388 27 G65 10 ,G 1.727kg/s。設(shè)正方形管道的邊長為105L,則有uL2uL G , L其中：6- 18、已知：10C的水以1.727451.985m0.087 10 4 105o1.6m/s的流速流入內(nèi)徑為 28mm、外徑為31mm、長為1.5m的管子，管子外的均勻加熱功率為42.05W，通過外壁絕熱層的散熱損失為2%，管材的18W/ m K求：(1)管子出口處的平均水溫;(2

29、)管子外表面的平均壁溫。解：10C水的物性為:999.7kg/m3 cp 4191(1)20P 42.05WP放設(shè)出口水平均溫度為C水57.442.0515C,10(1v 1.306 102%)41.209W998.2C水的物性:Cp 4.18359.9 10 21.006 10 6998.7cp 4.18758.65 101.156 10 6Pr管截面積8.270.00061544 m2V 0.00061544 1.60.000984704 m3/s3G0.98441kg/s999.7kg/mP GCp(t2 tj 0.98441 (C2t2 C缶)41.099kW設(shè)出口溫度為20 CP 0

30、.98342 (4.183 20 4.183 10)故出口平均水溫為 20 C(2)管內(nèi)壁的傳熱面積為：41.5kW 與 41.099 接近,S20.0281.50.1388m2tf10 2015CRefud6 .2838754.3Nu0.023R1.156 10 60.8 Pr0.40.02 3 3 8 7 54.30.80 48.27 .250.8hmNu250.2 58.65 10 6d41.2090.02825253.4W/(m k)1000h S2 l (t w2tw1 )tf 74.5tw2In (半)/d141.209 10002 l24.736 74.52 3.14 1.599

31、.23 C0.031 ln( )/180.028 tI W1t f1-(2070)45(1)2Cud1.2 0.02Ref639506.17v 0.675 10Nuf0.023Ref0.8Prf0.40.023 39506.170.8 3.9520.46-19、已知：水以1.2m/s平均速度流入內(nèi)徑為 20mm的長直管。(1)管子壁溫為75C, 水從20C加熱到70C; (2)管子壁溫為15C，水從70C冷卻到20C。求：兩種情形下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并討論造成差別的原因。解：w 1.2m/sd 0.020m189.0519.05 64.15 10Nuhm(2)Nu0.020.80.30.023R

32、e R 0.023d2-6063.77W/(m2 k)0 80 339506.17 .3.925 .164.896因為加熱,hm164.896 64.15 10 225289.05W /(m k)0.02近壁處溫度高，流體粘度減小，對傳熱有強(qiáng)化作用，冷卻時，近壁處溫度低,流體粘度增加，對傳熱有減弱作用。進(jìn)口水溫t20 C,管內(nèi)平均流速 u=0.6m/s，平均內(nèi)壁溫度為 80C。求：冷卻水出口水溫。解：此題需假設(shè)t進(jìn)行計算。經(jīng)過數(shù)次試湊后，設(shè)t 63 C,則tf 心 41.5-C,物性值:0.6353W / m K ,0.6564 106m2/s, cp 4147J / kg KRe每根管長:C

33、p992.1kg/m3 ,650.710 6 kg / m4.1956ud 0.6 0.021 100.656441.0097 10ol 4 D 4 3.1416 0.151.885m ,l /d331 10.3 d/R 1 10.30.012/0.0751.885/0.0121571.0422, w355.1 10 6采用式（5-56）得:40.81/3Nu 0.0271.097 104.1950.14650.7/355.11.042 82.752h 82.75 0.6353/0.0124381W/ m K傳熱量：1 Ah t 3.1416 0.012 1.885 438180 41.511

34、.986kW熱平衡熱量d24UCp t0.785 0.0122992.1 0.6 414763 2012.077 kW2相差小于1%故t63 C即為所求之值。6-21、已知：如圖為現(xiàn)代儲蓄熱能的一種裝置的示意圖。h=0.25m ,丨3m，圓管直徑為d=25m m,熱水流過，入口溫度為60 C，流量為0.15kg/s。周圍石蠟的物性為：熔點為227.4C，溶化潛熱為 L=244Kj/kg ,770kg / m。假設(shè)圓管的溫度在加熱過程中一直處于石蠟的熔點，求：把該單元中的石蠟全部溶化熱水需流過多長時間。解：假定出口水溫為40 C ,則水的定性溫度為50 C水的物性參數(shù)0.648W/ m.K63;

35、549.4 10 pa.s,998.1kg/m , Pr 3.54,Cp 4174J / Kg.KRe 如 13905 2300n d所以管流為湍流故Nu 0.023Re0.8 Pr0.369.34h1797W/m2.Kd又因為 l/d 3/0.02512060,所以 Ci 1, t tf tm 22.630,Ct 1hAtf tmqmCp tf tf熱平衡方程tf 1/2 tf tf ; A dl其中所以可得t f 43.25 C與假定tf40 C相差較大，在假設(shè)tf51.5 C ,水物0.65W/ m.K610 pa.s,537.5987.3kg/m ,Pr3.46, C p4175J/

36、Kg.K14213 2300，是湍流0.80.31822W/ m2.KNu 0.023 Re Pr 70.08l/d 3/0.02512060, Ci 1,t tftm22.6hAt熱平衡方程ftmqmCp t ftf其中;Adl所以可得t f434 C壁溫與液體溫差t tftw24.330, ct1水與石蠟的換熱量為1qmcp t ftf10395.8W而牛頓冷卻公式2hA tftw10432W12100%0.348%5%熱平衡偏差12 /2d因水被冷卻30,Ct 1h巴故上述計算有效tf 43.4 c為使石蠟熔化所需熱量為Q r V 3.495 107 J1/2,210413.9W所需加熱

37、時間 Q/ 3356.2s 56min空氣定性溫度tm 1/2(tw t )30 C/ x 06-22、已知：在管道中充分發(fā)展階段的換熱區(qū)域tw th 。無論tw或tb均可求：從對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的定義出發(fā)， 發(fā)展換熱區(qū)常物性流體的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也與是軸線方向坐標(biāo) x的函數(shù)，但上述無量綱溫度卻與x無關(guān)。以圓管內(nèi)流動與換熱為例，證明在充分解：設(shè)在充分發(fā)展區(qū)，t wtbtdrr R1 fRdrr Rtwtbh xt于是:rr Rtw tx無關(guān)。f r，則:const(此處R為管子半徑)，tw tbconst6-23、已知：如圖，一電力變壓器可視為直徑為300m、高500mm的短柱體，在運行過程

38、中它需散失熱流量為1000W。為使其表面維持在 47 C,再在其外殼上纏繞多圈內(nèi)徑為20mm的管子，管內(nèi)通過甘油以吸收變壓器的散熱。要求外殼溫度維持在 47C,甘油入口溫度為24C,螺旋管內(nèi)的允許溫升為 6C,并設(shè)變壓器的散熱均為甘油所吸收。27 C時甘油的物性參數(shù)如下:1259.9kg/m2 , cp 2427J / kg K279.9 10 kg / m s ,0,286W / m K , Pr 6780。47 c 時 甘 油 的220.95 10 kg/ m s。求:所需甘油流量、熱管總長度以及纏繞在柱體上的螺旋管的相鄰兩層之間的距離s。解：假設(shè)：1、略去動能與位能的變化；2、略去管壁阻

39、力。由熱平衡，取 6C溫升, 找出質(zhì)量流率：qmCp tt 1000W, qmCp t100010000.0687kg/s2427 64 0.06873.14 0.02 79.9 10 25.48，所以流動為層流。設(shè)流動與換熱處于層流發(fā)展段，因為D/d300/201,略去彎管作用不計,采用齊德-泰特公式，先假設(shè)長度，計算出h，再從傳熱方程予以校核。1/30.145.48 678079.9Nu 1.86 1.86 4.98 1.20611.17設(shè) L=6m,6000/2020.95h Nu /d11.17 0.286/0.02159.7W / m2 KdLh t3.14 0.026 159.74

40、7 271203W1000W由計算過程可見，對本例， AH LL 1/3 L2/3,即 22/3L1L21.5由此得:L21.5L2故：L11.5100012030.75794.55m所能纏繞的圈數(shù):5004.553.140.3 0.024.554.533.14 0.32圈。S間距4.53110.4mm外掠平板對流換熱6-24、已知：一平板長400mm，平均壁溫為40 C。常壓下20 C的空氣以10m/s的速度縱向流過該板表面。求：離平板前緣 50mm、100mm、200mm、300mm、400mm處的熱邊界層厚度、局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及平均傳熱系數(shù)。解：空氣物性參數(shù)為0.0267W/ m.KPr

41、 0.701;v16.00 10 6m2/su X31250; St1 vx4.53Pr 3 ：1.44 10 3m離前緣50mm,1/21/32hx 0.332Re pr 27.84W/ m .K x1/21/32hm 0.664 Re Pr -55.7W/(m .K)x同理可得：離前緣100mm處St離前緣200mm處St離前緣300mm處St離前緣400mm處St32.04 10 m;hx2.2810 3m;hx33.53 10 m;hx4.08 10 m;hx213.92W/ m .K ;hm13.92W/ m2.K ; hm211.36W/ m .K ;hm29.84W/ m .K

42、; hm239.37W/ m .K27.84W / m2.K222.72W / m .K219.68W/m .K6-25、已知：冷空氣溫度為0C,以6m/s的流速平行的吹過一太陽能集熱器的表面。表面尺寸為1m 1m，其中一個邊與來流方向垂直。表面平均溫度為20 Co求：由于對流散熱而散失的熱量。解:tf0 2021010C空氣的物性6 214.16 10 ,2.51 10 ,Pr 0.705Rexul 6 1.014.16 1054.23728 100.0309W/ mRe 業(yè)晉嚴(yán) 1057389 5105，故流動為層流。1 1Nu 0.664 Re2 Pr3384.68384.68 2.51

43、 10 22h9.655w (m k)1.02s 1 11.0m2h s(tw t0)9.655 (200)193.1w6-26、已知：一摩托車引擎的殼體上有一條高2cm、長12cm的散熱片(長度方向與車身平行)。tw 150 C,如果t 20 C,車速為30km/h，而風(fēng)速為2m/s，車逆風(fēng)前行，風(fēng) 速與車速平行。求：此時肋片的散熱量。20150tm85解：按空氣外掠平板的問題來處理。定性溫度2C,6 2空氣的物性數(shù)據(jù)為27.6 10 m /s, Pr 0.691Nu 0.664 5738905 0.691 333 140.6, h 140.6 0.0309/0.12 36.2W / m2

44、K2hA t 2 36.2 0.12 0.02 150 2022.6W6-27、已知：一個亞音速風(fēng)洞實驗段的最大風(fēng)速可達(dá)40m/s。設(shè)來流溫度為30C，平板5壁溫為70C，風(fēng)洞的壓力可取1.013 10 Pa。求：為了時外掠平板的流動達(dá)到5 105的Rex數(shù)，平板需多長。如果平板溫度系用低壓水蒸氣在夾層中凝結(jié)來維持，平板垂直于流動方向的寬度為20cm時。試確定水蒸氣的凝結(jié)量。Rex40x617.95 105 105 , x17.95 100.224m40tm 70 3050解:2C,查附錄8得：6 20.0283W/ m K ,17.95 10 m /s, Pr 0.698Nu0.664 Re

45、05 Pr1/3 0.664 5 105 0.5 0.6981/3416.5h 416.5 0,0283/0.22452.62W/ m2 K52hA t 52.62 0.2 0.22470 3094.3W3在 t 70 c時，氣化潛熱 r 2334.1 10 J/kg ,0.1454kg/ h。G凝結(jié)水量94.3 360032334.1 106-28、已知：如圖，為了保證微處理機(jī)的正常工作，采用一個小風(fēng)機(jī)將氣流平行的吹過 集成電路表面。求：（1）如果每過集成電路塊的散熱量相同，在氣流方向上不同編號的集成電路塊的表面溫度是否一樣，為什么？對溫度要求較高的組件應(yīng)當(dāng)放在什么位置上？ （2）哪些無量綱

46、影響對流換熱？解：（1）不同編號的集成電路塊的表面溫度不一樣，因為總流量較小，在吸收第一塊集成電路塊的熱量后，自身的溫度也隨之上升，氣流再送到下一塊集成電路板所對流熱量變小， 兩者間溫差減少，未被帶走熱量就會加在集成電路板上，使之表面溫度升高，故在氣流方向上，集成電路塊的表面溫度逐漸在上升。對溫度要求較高的組件應(yīng)放在氣流入口處或盡可能接近氣流入口處。（2）在充分發(fā)展對流換熱階段，除Re、Pr數(shù)以外，由三個幾何參數(shù)所組成的兩個無量 綱參數(shù)，如S/L及H/L，影響到對流換熱。2.5m的平板，飛機(jī)6-29、已知：飛機(jī)的機(jī)翼可近似的看成是一塊置于平行氣流中的長5的飛行速度為每小時400km?？諝鈮毫?.7 10 Pa，空氣溫度為-10C。機(jī)翼頂部吸收2的太陽能輻射為800W / m，而其自身輻射略而不計。求：處于穩(wěn)態(tài)時機(jī)翼的溫度（假設(shè)溫度是均勻的）。如果考慮機(jī)翼的本身輻射，這一溫度應(yīng)上升還是下降？解：不計自身輻射時，機(jī)翼得到的太陽能輻射=機(jī)翼對空氣的對