傳熱學(xué)作業(yè)題

1、1 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 傳 熱 學(xué) 第四版 主講教師：邵寶力主講教師：邵寶力 2 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1-10 一爐子的爐墻厚 13cm，總面積為 20m2，平均導(dǎo)熱 系數(shù)為 1.04w/(mk)，內(nèi)外壁溫分別是 520及 50。試計(jì)算通過(guò)爐墻的熱損失。 如果所燃用的 煤的發(fā)熱量是 2.09 104kJ/kg， 問(wèn)每天因熱損失要 用掉多少千克煤？ 3 油氣儲(chǔ)運(yùn)工

2、程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 2 1 2 oo 12 4 0t 12 1 =13cm = 0.13m= 20m, =1.04/ (),520,50, 24,= 2.0910/, m dt =- dx dx=-dtdx=- t-t1.042052050 =75200 0.13 75.2 w w ww t ww day hS WmKtt th qkJkg A AAdt A W Qt 煤損煤 損 1-10.已 知 條 件 ：， CC ， 求 Q 解 ： 由 導(dǎo) 熱 公 式 ：， 推 導(dǎo) 得 ： Q 1

3、4 24360086400 6497280 =310.87 2.0910/ day s Q kJ mkg qkJkg 煤 煤 4 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1-12 在一次測(cè)定空氣橫向流過(guò)單根圓管的對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn) 中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度tW=69，空氣 溫度tf=20，管子外徑d=14mm，加熱段長(zhǎng)80mm ，輸入加熱段的功率8.5W，如果全部熱量通過(guò)對(duì) 流換熱傳給空氣，試問(wèn)此時(shí)的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)多大？ 5 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtr

4、ansportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 w 32 wf 2 -3 wf t =69t =20d=14mm=0.014m l=80mm=0.08m=8.5, h = 3.140.0140.083.5168 10 =ht -t 8.5 h=49.33/ m t -t3.5168 10 oo f W Adl m A W A 1-12.已知條件：C，C， ， 求 解： 由牛頓冷卻公式（）得： （K） （）（69-20） 6 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1-20

5、 半徑為 0.5m 的球狀航天器在太空中飛行， 其表面 發(fā)射率為 0.8。 航天器內(nèi)電子元件的散熱總共為 175W。假設(shè)航天器沒(méi)有從宇宙空間接受任何輻射 能量，試估算其表面的平均溫度。 7 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 -824 4 4 2 4 2 4 28 r= 0.5m= 0.8=175 =5.6710/ () =A =r 4 175 187.22 0.843.140.55.6710 W WmKT T T T r K 1-20.已 知 條 件 ：， 求 解 ： 由得 ： （ 4） 8

6、 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1-24 在附圖所示的穩(wěn)態(tài)熱傳遞過(guò)程 中，已知： tw1 = 460，tf2= 300，1= 5mm，2= 0.5mm ，1= 46.5W/(mK)，2= 1.16 W/(m.K)，h2= 5800 W/(m 2K) 。試計(jì)算單位面積所傳遞的熱 量。 9 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 oo w 12 121 2 22 12 212 2 12 12 1

7、2 4 .t4 6 0,3 0 0, 5,0 .5,4 6 .5/ (), 1 .1 6/ (),5 8 0 0/ () 1 = 10 .0 0 50 .0 0 0 5 0 .0 0 0 7 1(/) 5 8 0 04 6 .51 .1 6 t-t = 11 f Z ff w Z t m mm mWmK WmKhWmK R h mKW A hh tt q R 已 知 條 件 ：CC 解 : 由 題 意 得 （） 由 穩(wěn) 態(tài) 傳 熱 過(guò) 程 的 方 程 式得 ： 12 2 4 6 03 0 0 2 2 5 .3 5 (/) 0 .0 0 0 7 1 f Z t K Wm R 10 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油

8、氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1-32 一玻璃窗，尺寸為 60cm30cm ，厚為 4mm 。冬 天，室內(nèi)及室外溫度分別為 20及-20，內(nèi)表面 的自然對(duì)流換熱表面系數(shù)為10W/(m2K) ，外表面 強(qiáng)制對(duì)流換熱表面系數(shù)為 50W/(m2K) 。玻璃的導(dǎo) 熱系數(shù) = 0.78W/(mK) 。試確定通過(guò)玻璃的熱損失 。 11 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 2 oo 12 22 12 12 12 =

9、60cm30cm=0.6m0.3m=0.18m h=4mm=0.004m= ,t20,20, 10/ (),50/ () 0.78/ () = 11 0.182020 57.5 10.0041 100.7850 ff ff S t hWmKhWmK Wm K A hh 1-32.已知條件:， CC 求 解：根據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程的方程式和串聯(lián)熱阻疊加原則得： （t-t） 4W 12 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 2-3 有一厚為 20mm 的平板墻，導(dǎo)熱系數(shù)為 1.3 W /(mK) 。為使每

10、平方米墻的熱損失不超過(guò) 1500W, 在外表面上覆蓋了一層導(dǎo)熱系數(shù)為 0.12W /(mK) 的保溫材料。已知復(fù)合壁兩側(cè)的溫度分別為 750 及 55，試確定此時(shí)保溫層的厚度。 13 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 11 2 oo 13 2 11 1 13 12 12 2 2 = 2 0 m m = 0 .0 2 m ,1 .3/ 1 5 0 0,0 .1 2/ () 7 5 0,5 5 t q = 1 5 0 0 7 5 05 5 1 5 0 00 .0 5 3 7 5 m 0 .0 2

11、 1 .30 .1 2 n n i i i Wmk qWWmk tt t tt q q 2 - 3 . 已 知 ： CC 求 解 ： 由 公 式 解 得 14 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 2-9 雙層玻璃窗系由兩層厚為 6mm 的玻璃及其間的空氣 隙所組成，空氣隙厚度為 8mm。假設(shè)面向室內(nèi)的玻 璃表面溫度與室外的玻璃表面溫度各為 20及-20 ，試確定該雙層玻璃窗的熱損失。如果采用單層玻璃 窗，其他條件不變，其熱損失是雙層玻璃的多少倍？ 玻璃窗的尺寸為 60cm60cm 。不考慮空氣

12、間隙中 的自然對(duì)流。玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.78W /(mK) 。 15 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 132 2 1213 oo 2 141,2 1 - o-2 14 2 11 1 1 4 1 123 123 =6mm=0.006m=0.008m =0.6m0.6m=0.36m=0.78W/m t =t =-20, t +t20+ t =0=2.4410/m 22 2 n n i i i AAK q q q q W tt q tt q 2-9.已 知 條 件 ：， （） ，20 C，C，

13、 求 （ -20） 解 ：C， 查 表 得 ：（K） 由 公 式得 : 2 12 2 2 1 1 0( 20) 116.53/ 0.0060.0080.006 0.780.02440.78 20( 20) =5200/ 0.006 0.78 Wm tt qWm 同 理 ： 16 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1 1 1 22 222 111 2 1 = 0 .3 61 1 6 .5 34 1 .9 5 = A= 0 .3 65 2 0 0 = 1 8 7 2 = 5 2 0 0 = 4

14、4 .6 2 1 1 6 .5 3 q A qW qW A q A q q q 17 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 2-14 外徑為 100mm 的蒸氣管道，覆蓋密度為 20kg/m3 的超細(xì)玻璃棉氈保溫。已知蒸氣管道外壁溫度為 400，希望保溫層外表面溫度不超過(guò) 50。且每 米長(zhǎng)管道上散熱量小于 163W，試確定所需的保溫 層厚度。 18 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 3 1 o

15、o 122 - o =100mm=0.1m=20kg/m t =400t =50163, 40050 t225 2 =0.033+0.0023 0.0330.0023225=0.08475/ d Wd l t Wm K 2-14.已知條件：， C，C，求 解：保溫材料的平均溫度為C 由附錄表查得對(duì)應(yīng)溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)為 19 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 2 1 2 12 1 2 21 d l n dt = 2 2 l n() 23 . 1 40 . 0 8 4 7 5( 4 0 05 0

16、 ) 1 6 3 d= 0 . 3 1 m d- d0 . 3 10 . 1 =0 . 1 0 5 22 R l d tt d l m 由公式 解得： 20 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 2-26 附圖所示儲(chǔ)罐用厚為 20mm 的塑料制成，其導(dǎo)熱 系數(shù) = 1.5W /(mK) ，儲(chǔ)罐內(nèi)裝滿工業(yè)用油，油 中安置了一電熱器， 使罐的內(nèi)表面溫度維持在 400K。 該儲(chǔ)罐置于tf 為25的空氣中， 表面?zhèn)鳠?系數(shù)為 10W/(m2K) 。r0= 0.5m, l= 2.0m。試確定 所需的電加熱

17、功率。 21 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 o2 1 20 02 2 2 1 = 2 0 c m = 0 .2 m= 1 .5/ () , 4 0 0,2 52 9 8,1 0/ () , 0 .7,0 .5,2 .0, 111 =- 4rr 0 .7 - 0 .5 =0 .0 3 0 (/) 43 .1 41 .50 .50 .7 t = 0 .7 ln () ln 0 .5 =0 .0 1 8 223 .1 41 .52 f Wmk tKtKhWmk rmrmlm mkW R d d

18、 l 球 筒 2 - 2 6 . 已 知 ：， C 求 P 解 ： R 2 (/)mkW 22 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 2 2 f 2 1f 1 111 =+ 0 .0 3 00 .0 1 8 =0 .0 1 1 2 5(/) 0 .0 3 00 .0 1 8 1 1 0 .1(/) 1 0 =+ = 0 .0 1 1 2 5 + 0 .10 .1 1 1 2 5(/) t =: t -tt4 0 0 -2 9 8 = 9 1 7 0 .1 1 1 2 5 f RRR RR Rmk

19、W RR RmkW h RRR mkW R PW RR 球筒 球筒 球 筒 總 總總 又球 筒 熱 阻 與 球 壁 熱 阻 是 并 聯(lián) 的 滿 足 由得 23 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 3-10 一熱電偶熱接點(diǎn)可近似地看成為球形，初始溫度為 25，后被置于溫度為 200地氣流中。問(wèn)欲使熱 電偶的時(shí)間常數(shù)c=1s 熱接點(diǎn)的直徑應(yīng)為多大？已 知熱接點(diǎn)與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 350W/(m2 K)，熱接點(diǎn)的物性為：=20W/(m k)，c= 400J /(kg k)， = 8500kg/

20、m3，如果氣流與熱接點(diǎn)之間 還有輻射換熱，對(duì)所需的熱接點(diǎn)直徑有何影響？熱 電偶引線的影響忽略不計(jì)。 24 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 c 4 -4 -4 v 1 cv = 1350 =1.02910 38500400 =0.617mm i h 3501.02910 i =0.00180.0333 20 c hA hVR m Ac B V A B 3-10.解： 由于熱電偶的直徑很小，一般滿足集中參數(shù)法， 時(shí)間常數(shù)為： 故 熱電偶的直徑:d=2R=231.02910 驗(yàn)證數(shù)是否滿足集中參

21、數(shù)法 故滿足集中參數(shù)法條件 25 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 c c 2h cv = hA V A 若接點(diǎn)與氣流間存在輻射換熱，則總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) （包括對(duì)流和輻射）增加， 由知， 保持不變，可使增加， 即熱接點(diǎn)直徑增加。 26 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 3-13 一塊厚 20mm 的鋼板，加熱到 500 后置于 20 的空氣中冷卻。設(shè)冷卻過(guò)程中鋼板兩側(cè)面的平均表 面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為

22、 35W/(m2 K)，鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)為 45W /(m K) ，熱擴(kuò)散率為1 .37105 m2/s 。試確 定使鋼板冷卻到空氣相差 10 時(shí)所需的時(shí)間。 27 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 oo 0 25 63 -5 00 =20mm=0.02m,=t =500,20 2 35/ (),45/ (),1.37 10 , h350.01 i=0.00780.1 45 45 =c=3.28 10/ () c1.37 10 t =exp t hWmkWm k B Jmk thA ttcv

23、3-13.已知：=0.01m，CC， 求 解：由題意得滿足集中參數(shù)法 由公式 6 0 3020 ln ln3.28 100.01 50020 3633 35 cv s hA 28 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 3-16 在熱處理工藝中，用銀球試樣來(lái)測(cè)定淬火介質(zhì)在不 同條件下的冷卻能力。今有兩個(gè)直徑為20mm 的銀 球，加熱到650 后被分別置于20 的盛有靜止水 的大容器及20的循環(huán)水中。用熱電偶測(cè)得，當(dāng)因 球中心溫度從650 變化到450時(shí)，其降溫速率分 別為180/s 及360/s。

24、試確定兩種情況下銀球表 面與水之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。已知在上述溫度范圍 內(nèi)銀的物性參數(shù)為c= 262J /(kg k)、 =10500kg /m3、360W/(m k）。 29 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 ooo 1 0 o3 2 0 o 1 1 650,20,180/, 360/,10500/ 262/,360/ 1 h = exp-,0.0033 3 180,=1.11 dt ts d dt skgm d cJkg kwm k h AVR m cvA dt s d 3-16.已知：t

25、CCC C 解：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 未知 先假定滿足集中參數(shù)法 條件靜水冷卻情況下， 由公式 又C 解得 30 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 0 1 1 2 1 1 ln 45020 ln105000.0033262 65020 3123.71/ 1.11 3123.71 0.0033 0.0290.0333 360 cv h A Wmk V h A Bi 滿足集中參數(shù)法 31 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣

26、儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 2 0 0 2 2 2 02 2 2 2 2 = e x p, 0 .0 0 3 3 3 3 6 00 .5 6 ln 4 5 02 01 0 5 0 02 6 20 .0 0 3 3 ln6 1 9 1 .6 4 w / 6 5 02 00 .5 6 6 1 9 1 .6 40 .0 0 3 3 0 .0 5 70 .0 3 3 3 6 0 h A c v VR m A d t Cs d c v h A mk V h A B i 循 環(huán) 水 冷 卻 中 情 況 下 ： 由 公 式 又 第 二 種 循 環(huán) 水 冷 卻 情 況 不 滿 足 集 中 參 數(shù) 法 。 32 油氣

27、儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 5-12 已知：1.013105 Pa、100的空氣以 v=100m/s 的速度流過(guò)一塊平板，平板溫度為 30。 求：離開(kāi)平板前緣3cm 及6cm 處邊界層上的法向速 度、流動(dòng)邊界層及熱邊界層厚度、局部切應(yīng)力和局 部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、平均阻力系數(shù)和平均表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)。 33 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 12twxf o f 32 6262 6 1 6 0.0

28、3x =0.06mhh t10030 t=65 22 =1.0445/,102.93/ (), 10 =19.495m / ,1027.9/ 19.495 10 10.03,Pr0.699 27.9 10 w mC t kgmWm k s amk xm 分別求當(dāng)x與下的 ， 解：由題意得: 定性溫度C 由附錄表算得： 當(dāng) 5 12 1.01310,100,100/, 30,30.03,60.06 o f o w ppa tC ums tCxcmm xcmm 5-12.已 知 ： 34 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering

29、 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 55 6 1 2 1 54 2 1 3 1 44 3 2 1 25 2 1 0 00 .0 3 R e1 .5 41 051 0 1 9 .4 9 51 0 0 .0 3 = 50 .0 3(1 .5 41 0)3 .8 21 0 ( 2 )P r 0 .6 9 93 .8 21 04 .3 11 0 0 .3 2 3 (3 ) R e 0 .3 2 31 .0 4 4 51 0 0(1 .5 41 0)8 .8 4 x x t w x ux xm m m u N 處 為 層 流 （ 1 ）5 x R e 35 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorage

30、andtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 11 32 11 2 32 1 2 ,0.03 1 53 2 _ 11 5 32 0.030.03 11 32 0.03 (4)0.332 RePr 0.332RePr112.93/ () (5)1.328 (Re) 1.328(1.5410 )3.3810 (6)0.664(Re)Pr ,(Re510 ,0.6Pr50) 0.664(Re)Pr 0.664( xx xx f m l Nu hWmk x c hl Nu h l 11 52 32 2 1.5410 )0.6992.9310 225.86/ ()

31、0.03 Wmk 36 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 6 1 6 55 2 6 2 1 2 2 1 54 2 1 3 1 44 3 1 9 .4 9 51 0 20 .0 6, P r0 .6 9 9 2 7 .91 0 1 0 00 .0 6 R e3 .0 81 051 0 1 9 .4 9 51 0 0 .0 6 = 50 .0 6( 3 .0 81 0)5 .4 11 0 ( 2 )P r 0 .6 9 95 .4 11 06 .0 91 0 ( 3 ) x x t w xm u

32、x xm m m 當(dāng) 處 為 層 流 （ 1 ）5 xR e 2 1 25 2 0 .3 3 2 R e 0 .3 3 21 .0 4 4 51 0 0( 3 .0 81 0)6 .0 8 x u P a 37 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1 2 ,0.06 1 53 2 _ 2 11 5 32 0.060.06 11 52 32 2 (5)1.328 (Re) 1.328 (3.08 10 )2.40 10 (6) 0.664(Re) Pr ,(Re5 10 ,0.6Pr50) 0.

33、664 (3.08 10 )0.6992.93 10 159.71/ () 0.06 f m l c h x Nu hWmk 38 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 6-1 已知：在一臺(tái)縮小成為實(shí)物 1/8 的模型中，用 20 的空氣來(lái)模擬實(shí)物中平均溫度為 200 空氣的加 熱過(guò)程。實(shí)物中空氣的平均流速為 6.03m/s，問(wèn)模 型中的流速應(yīng)為若干？若模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)為195W/(m2 K)，求相應(yīng)實(shí)物的值，在這一實(shí) 物中，模型與實(shí)物中流體的Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等，你 認(rèn)為這樣的?；瘜?shí)驗(yàn)

34、有無(wú)實(shí)用價(jià)值。 39 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 6-1.解： 根據(jù)相似理論，模型與實(shí)物中的Re 應(yīng)相等,空氣在200C和2000C時(shí)的物性 參數(shù) 200C 2000C 由 又 得: 上述模化實(shí)驗(yàn)，雖然模型與流體的Pr數(shù)不嚴(yán)格相等，但十分相近，這樣的模化實(shí)驗(yàn)是 有實(shí)用價(jià)值的。 622 11 622 22 1 12 2 12 12 1 2 21 12 11 2 21 22 15.06 10/ ,2.59 10/,Pr0.703 34.85 10/ ,3.93 10/,Pr0.680 15

35、.06 / 34.85 13.93 36.99/ 82.59 vmsw m k vmsw m k u lu l vv vl uum s vl NuNu l hhwm l k 40 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 6-4 已知：對(duì)于常物性流體橫向掠過(guò)管束時(shí)的對(duì)流換熱， 當(dāng)流動(dòng)方向上的排數(shù)大于 10 時(shí)，試驗(yàn)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 、 、 、 c p ；幾何參數(shù) d、 s1、 s2 。 求：試用量綱分析法證明，此時(shí)的對(duì)流換熱關(guān)系式 可以整

36、理為： Nu = f (Re、Pr、 s1 / d、 s2 / d ) 41 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 解：基本物理量有 h、 u、 、 、 、 C p 、 d、 s1、 s2 、共九個(gè)，基本量綱有 4 個(gè)（時(shí)間 T、長(zhǎng)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： 42 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1111 1 2222

37、 2 3333 3 4444 41 5555 52 abcd abcd abcd abcd abcd h ud ud c p ud s ud sud 43 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 13 m in m in 11 m in 13 m in 1 m in 11111313111111 1 1222232232222 2 33132333323333 3 444 4 , , , cdcacdabcd cdcacdabcd cdcacdabcd cdc dhM QT ddL dM LT d

38、M L QT duL T MQTL MQTL MQTL MQT 434414444 555535515555 5 acdabcd cdcacdabcd L MQTL 44 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 上式等號(hào)左邊為無(wú)量綱量，因此等號(hào)右邊各量綱的指數(shù)必為零 （量綱和諧原理），故得： 222 111 11 1111 11111 222 22 2 22222 101 100 3300 01 1+ c + d = 00 c = 01 301 301 cdc cd acda abcdb c d

39、acda abcdb 45 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 3 33 5 333 3 33 33333 444 44 4444 44444 555 55 5555 555 01 101 2300 200 00 00 300 101 00 00 300 10 cdc cd acda abcdb cdc cd acda abcdb cdc cd acda abcd 51b 46 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣

40、儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1 1 2 2 12 12 0110 111 2 0011 3 010 4 0100 5 = h R e / P r , R e, P r, p p p nd udN u ud ud c Cud s sud d s sud d u dcss ss N uf dd 1 因 而 得 ： 因 此 h=f的 關(guān) 系 式 可 轉(zhuǎn) 化 為 ： 47 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 飽和水蒸氣在高度 l1.5m 的豎管外表面上作層 流膜狀凝結(jié)。水蒸氣壓力為 p= 2.5105pa管

41、子 表面溫度為123。試?yán)门麪柗治鼋庥?jì)算離 開(kāi)管頂為0.1m、0.2m、0.4m、0.6m 及1.0 m 處 的液膜厚度和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 7-5 48 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 5 1 2345 5 o 130120 o sw 1 2.510,123,15,0.1, 0, 2,0.4,0.6,1.0 2.510, 10127.2 130120 r=2181.8kJ/kg, t +t127.2+123 t=125 22 9 oo o w CC s ss ppa tC lm xm

42、 xm xm xm xm ppa pppp tt 7-5.已 知 條 件 ： 解 ： 查 附 錄得推 算 出 tC 同 理 推 算 出 定 性 溫 度 ：C 查 附 錄 得 液 膜 的 物 性 參 數(shù) o 30120 -2 -63 130125125120 =68.610/ (m k) =227.610kg / (),939/ o CC W m skgm 推 算 出 同 理 得 ： 49 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1/4 2 62 23 1/4 161/4 1/4 23 x 326

43、4() = 4227.61068.610127.2123 9.89392181.810 1.39134100.000108607 g h = 4 () 9.82181.81093968.610 4 sw l l sw ttx gr x xx r ttx 由凝結(jié)傳熱液膜厚度公式： 由公式 1/41/4 15 6 12345 1.59170710 227.610(127.2123) 0.1,0.2,0.4,0.6,1.0 xx xm xm xm xm xm 將代入上式得： 50 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)

44、工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 0.10.20.40.61.0 0.0610.0730.0860.0960.109 112329445794271776316 2 / x hW mk ()mm ()x m 51 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 試確定一個(gè)電功率為100W 的電燈泡發(fā)光效率。假設(shè)該 燈泡的鎢絲可看成是2900K 的黑體，其幾何形狀為 2mm5mm的矩形薄片。 8-8 52 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)

45、運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 1 12 4 b0 1 2 b- b-1 p = 1 0 0 WT = 2 9 0 0 KS = 2 m m5 m m , 0 .7 6,0 .3 8 0 .3 80 .7 6m =- 1 0 0 = 0 .7 6m2 9 0 0= 2 2 0 4m = 0 .3 8m2 9 0 0=1 1 0 2m 0 .1 2 0 0 2 - -0 . = 2 3 0 0 -2 2 0 4 mm T EC TKK TKK F F （ 0） （ 0） 8 - 8 . 已 知 條 件 ：， 解 ： 由 題 意 得 可 見(jiàn) 光 的 波 長(zhǎng) 范 圍 是， ， 由 表 8 1 得 由 比 例 關(guān)

46、 系 得 ： 1 22 2 0 0 b- b-b- 0 0 b- 1 0 0 8 8 =1 0 .1 6 2 2 0 4 -2 2 0 0 0 .0 0 2 1 3-0 .0 0 0 9 1 =0 .0 9 3 1 2 0 0 -1 1 0 21 1 0 2 -1 1 0 0 F FF F （ 0） （ 0）（ 0） （ 0） ， ， 53 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 12 21 12 12 12 b-b- 4 0b-b- 0 0 4 0b-b- 4 0 b-b- 100 100 10

47、0 100 10.16 bbb EFEFFE T CFF E E T CFF T C FF （ 0）（ 0） （ 0）（ 0） （ 0）（ 0） （ 0）（ 0） 54 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 一漫射表面在某一溫度下的 光譜輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系 可以近似地用附圖表示，試： （1） 計(jì)算此時(shí)的輻射力； （2） 計(jì)算此時(shí)法線方向的 定向輻射強(qiáng)度，及與法線成 600角處的定向輻射強(qiáng)度。 8-17 55 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportatio

48、nengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 -622 1 622 2 622 3 b 0 1 01 52 0 123 51 01 5 1 01 52 0 -6-6 51 01 5 = 5 01 0/ ()5 0/ (), 1 5 01 0/ ()1 5 0/ (), 5 01 0/ ()5 0/ () =+ 5 01 01 5 01 0+5 0 b EWmmWmm EWmmWmm EWmmWmm Ed EdEdEd dd 8 - 1 7 . 已 知 條 件 ： 解 : ( 1 ) 由 公 式 E得 ： E -6 32 1 0 1 .2 51 0/ d Wm 56 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工

49、程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 bb b 2 o 2 = = 1250 = 397.89/ I I I I E IWm (2)由 公 式 E 又 因 為 對(duì) 于 漫 射 體 來(lái) 說(shuō) 定 向 發(fā) 射 率 與 方 向無(wú) 關(guān) ， 為 常 數(shù) ， 即為 常 數(shù) 所 以 此 時(shí) 法 線 方 向 的 定 向 輻 射 強(qiáng) 度 以 及 與 法 向 成 60 角 處 的 定 向 輻 射 強(qiáng) 度 都 為 定 值 397.89W/m 57 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationeng

50、ineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 9-38 oo - 10cm15cm0.8 兩個(gè)同心圓筒壁的溫度分別為 196 C及30 C， 直徑分別為及，表面發(fā)射率均為。 試計(jì)算單位長(zhǎng)度圓筒體上的輻射傳熱量，并 畫(huà)出此時(shí)輻射傳熱的網(wǎng)絡(luò)圖。 58 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 oo 12 12121,2 2 11 2 22 4 4 b0 4 1 10 = -1 9 6= 7 7= 3 0= 3 0 3 = 0 .8d = 0 .1md= 0 .1 5 m1 13 .1 40 .110 .3

51、 1 4 3 .1 40 .1 510 .4 7 1 -= 1 0 0 = 5 .6 1 0 0 l b KK X Ad lm Ad lm T T E 已 知 條 件 ： TC， TC， ， 求 解 ： 由 斯 特 凡波 爾 茲 曼 定 律 ETC得 ： C 42 4 42 2 20 70 .7 7=1 .9 9/ = 5 .6 73 .0 3= 4 7 7 .9 2/ 1 0 0 b Wm T EWm C 59 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 12 1,2 12 1111,222 1,2

52、 - = 111 1.99-477.92 =-105.49 1-0.811-0.8 + 0.80.3140.31410.80.471 bb EE AA XA W 由 兩 個(gè) 漫 灰 表 面 組 成 的 封 閉 腔 的 輻 射 傳 熱 公 式 得 ： 60 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 10-13 o 2 o 2 oo2 1-211 t= 20 t=503kg/s 10060k=350/ 1 2 3 WmK 一 臺(tái)型 殼 管 式 換 熱 器 用 來(lái) 冷 卻號(hào) 號(hào) 潤(rùn) 滑 油 。 冷 卻 水

53、 在 管 內(nèi) 流 動(dòng) ，C， C， 流 量 為； 熱 油 入 口 溫 度 為 C， 出 口 溫 度 為C，。 試 計(jì) 算 ： 油 的 流 量 所 傳 遞 的 熱 量 所 需 的 傳 熱 面 積 61 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 o 11 1 o 22 2 111222 222 1 11 t+t60+100 =80 22 11c =2148/ t+t50+20 =35 22 9c =4174/ 1 341745020 4.37/ 214810060 mm m m TJkgK T TJkg

54、K qctqct qct qkgs ct 解 ： 11號(hào) 潤(rùn) 滑 油 的 定 性 溫 度 TC 由查 附 錄得 飽 和 水 的 定 性 溫 度C 由查 附 錄得 62 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程 222 o m in12 o m ax12 o m inm ax mctf m inm ax 22 12 2= 3417450-20= 375.66 3t=t-t= 60-20= 40 t=t-t=100-50=50 t-t40-50 t= 44.8 lnttln40 50 t-t50-20 = 0.375 100-20 t-t m qctK W P 所 傳 遞 的 熱 量 C C 由 對(duì) 數(shù) 平 均 溫 差 的 公 式 得 ： （）C 11 22 o mmctf 3 2 m t-t100-60 =1.333 50-20 t-t 10-23= t=t= 0.944.8= 40.32 375.6610 = 26.62m 35040.32 kt R 由 圖查 得0.9 （）C 63 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油氣儲(chǔ)運(yùn)工程-Oil&gasstorageandtransportationengineering 油氣儲(chǔ)運(yùn)工