傳熱學(xué)第五版課后習(xí)題答案

1、1傳熱學(xué)習(xí)題 _建工版v0-14 一大平板， 高 3m，寬 2m，厚 0.2m，導(dǎo)熱系數(shù)為45w/(m.k),兩側(cè)表面溫度分別為w1t150 c及w1t285 c，試求熱流密度計熱流量。解：根據(jù)付立葉定律熱流密度為：2w2w 121tt285150qgrad t= -4530375(w/m)xx0.2負號表示傳熱方向與x 軸的方向相反。通過整個導(dǎo)熱面的熱流量為：qa3 0 3 7 5( 32 )1 8 2 2 5 0 (w )0-15 空氣在一根內(nèi)經(jīng)50mm ，長 2.5 米的管子內(nèi)流動并被加熱，已知空氣的平均溫度為85，管壁對空氣的h=73(w/m2.k) ，熱流密度q=5110w/ m2,

2、 是確定管壁溫度及熱流量? 。解：熱流量q a = q (d l)= 5 110(3.1 40.0 52.5 ) = 2 005.6 75(w )又根據(jù)牛頓冷卻公式wfh at = ha ( tt)q a管內(nèi)壁溫度為：wfq5 1 1 0tt8 515 5 (c )h7 31-1按 20時，銅、碳鋼（1.5%c ） 、鋁和黃銅導(dǎo)熱系數(shù)的大小，排列它們的順序；隔熱保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值最大為多少？列舉膨脹珍珠巖散料、礦渣棉和軟泡沫塑料導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值。解：(1)由附錄 7 可知，在溫度為20的情況下，銅=398 w/(m k)，碳鋼 36w/(m k) ，鋁237w/(m k) ，黃銅109w/(

3、m k).所以 ,按導(dǎo)熱系數(shù)大小排列為:銅鋁黃銅鋼(2) 隔熱保溫材料定義為導(dǎo)熱系數(shù)最大不超過0.12 w/(m k).(3) 由附錄 8 得知，當材料的平均溫度為20時的導(dǎo)熱系數(shù)為:膨脹珍珠巖散料:=0.0424+0.000137t w/(m k)=0.0424+0.000137 20=0.04514 w/(m k);礦渣棉 : =0.0674+0.000215t w/(m k)=0.0674+0.000215 20=0.0717 w/(m k);由附錄 7 知聚乙烯泡沫塑料在常溫下, =0.0350. 038w/(m k) 。由上可知金屬是良好的導(dǎo)熱材料，而其它三種是好的保溫材料。1-5

4、厚度為0.1m 的無限大平壁，其材料的導(dǎo)熱系數(shù)100w/(m k)，在給定的直角坐標系中，分2別畫出穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時如下兩種情形的溫度分布并分析x 方向溫度梯度的分量和熱流密度數(shù)值的正或負。(1)t|x=0=400k, t|x=600k;(2) t|x=600k, t|x=0=400k;解：根據(jù)付立葉定律tttqg r a d tijkxyzxtqx無限大平壁在無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時溫度曲線為直線，并且xx02121tttttd txd xxx0 xx0 xttq（a）(1)t|x=0=400k, t|x=600k 時溫度分布如圖2-5(1)所示根據(jù)式 (a), 熱流密度xq 0，說明 x 方向上的熱流

5、量流向x 的正方向?？梢娪嬎阒档姆较蛞卜蠠崃髁坑筛邷貍飨虻蜏氐姆较?-6 一厚度為50mm 的無限大平壁，其穩(wěn)態(tài)溫度分布為2t=a+bx（oc） ，式中 a=200 oc,b=-2000oc/m。若平板導(dǎo)熱系數(shù)為45w/(m.k), 試求： （1）平壁兩側(cè)表面處的熱流密度；（ 2）平壁中是否有內(nèi)熱原？為什么？如果有內(nèi)熱源的話，它的強度應(yīng)該是多大？解：方法一由題意知這是一個一維（tt=0yz） 、穩(wěn)態(tài)（t0） 、常物性導(dǎo)熱問題。導(dǎo)熱微分方程式可簡化為：2v2qdt0d x（a）因為2t=a+bx，所以圖 2-5(1)圖 2-5(2)3d t2 b xd x（b）22dt2 bd x（c）（1）

6、根據(jù)式（ b）和付立葉定律xdtq2bxdxx-0q0，無熱流量2x=q2b= -2(-2000)450.05= 9000(w/m)（2）將二階導(dǎo)數(shù)代入式（a）23v2d tq2b2(2000 )4 5=1 80000 w /md x該導(dǎo)熱體里存在內(nèi)熱源，其強度為431.810 w / m。解：方法二因為2t=a+bx，所以是一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題dt2bxdx（c）根據(jù)付立葉定律xdtq2bxdx（1）x-0q0，無熱流量2x=q2b=-2(-2000)450.05=9000(w/m)（2）無限大平壁一維導(dǎo)熱時，導(dǎo)熱體僅在邊界x=0，及 x= 處有熱交換，由（1）的計算結(jié)果知導(dǎo)熱體在單位時間內(nèi)獲取

7、的熱量為inx= 0 x=areaarea=qqa0-(-2 b) ainarea=2ba0(d)負值表示導(dǎo)熱體通過邊界散發(fā)熱量。如果是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，必須有一個內(nèi)熱源來平衡這部分熱量來保證導(dǎo)熱體的溫度不隨時間變化即實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。內(nèi)熱源強度 :var eainvv o lu m ev olu m ea r ea2 baq2bvvax絕熱放熱43vq2( 2000)45=180000w/m2-9 某教室的墻壁是一層厚度為240mm 的磚層和一層厚度為20mm 的灰泥構(gòu)成?，F(xiàn)在擬安裝空調(diào)設(shè)備，并在內(nèi)表面加一層硬泡沫塑料，使導(dǎo)入室內(nèi)的熱量比原來減少80% 。已知磚的導(dǎo)熱系數(shù)0.7w/(m k)，灰泥的0.

8、58w/(m k)，硬泡沫塑料的0.06w/(m k)，試求加貼硬泡沫塑料層的厚度。解: 未貼硬泡沫塑料時的熱流密度:1112tqrr(1)加硬泡沫塑料后熱流密度:121122tqrrr (2)又由題意得 ,12(1 80%)qq(3)墻壁內(nèi)外表面溫差不變12tt，將(1)、(2)代入（ 3）,2320%rrrrr 1 2 1+)121233121230.240.020.70.5820%0.240.020.70.580.063=0.09056m=90.56mm加貼硬泡沫塑料的厚度為90.56mm.2-19 一外徑為100mm ，內(nèi)徑為 85mm 的蒸汽管道，管材的導(dǎo)熱系數(shù)為40w/(m k)，

9、其內(nèi)表面溫度為 180，若采用0.053w/(mk)的保溫材料進行保溫，并要求保溫層外表面溫度不高于40，蒸汽管允許的熱損失lq=52.3 w/m 。問保溫材料層厚度應(yīng)為多少？1r2r3rw1tw2t1r2rw1tw2t5解：根據(jù)給出的幾何尺寸得到:管內(nèi)徑1d=85mm=0.085m,管外徑 ,d2=0.1m,管保溫層外徑32dd20.1213l1twtwq52.31d 21d 3lnln2d 12d 22 tw3=40時，保溫層厚度最小，此時，1804052.310.11(0.12)lnln20.0 8520.1400. 05 3解得，0.072m所以保溫材料的厚度為72mm.2-24. 一

10、鋁制等截面直肋，肋高為25mm ，肋厚為3mm，鋁材的導(dǎo)熱系數(shù)為140w/(m k)，周圍空氣與肋表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h 752w / ( mk)。已知肋基溫度為80和空氣溫度為30，假定肋端的散熱可以忽略不計，試計算肋片內(nèi)的溫度分布和每片肋片的散熱量。解一肋端的散熱可以忽略不計，可用教材式（2-35） 、 （2-36） 、(2-37)求解。18 91403-1lhu75l0.0 032m.ma0.0 0l（）(1) 肋片內(nèi)的溫度分布()()ch m lxch ml01 8.9(0.0 2 5)(8 03 0 )(1 8.90.0 2 5)chxch溫度分布為4 4 960.4 7 251 8

11、.9)chx.(2)肋片的散熱量l0huath(m l)075( l0.0 03 )2140l0.0 03th(m l)75214 00.0 03l ( 8030 )th (1 8.90.0 2 5)6396.9lth(0.4725)從附錄 13 得， th(ml)=th(0.4725)=0.44396.90.44=174.6l(w)單位寬度的肋片散熱量lq/ l=174.6(w/m)解二1、如果肋片上各點的溫度與肋基的溫度相同，理想的導(dǎo)熱量00hat= h2 (ll)7520.0 25(8 0-30)l0187.5l w（ ）2、從教材圖2-17 上查肋片效率1/ 21/ 23/ 23 /

12、22h275l0.025=0.4988f1400.0030.025f=0.93、每片肋片的散熱量0f187.5l0.9168.8l(w)單位寬度上的肋片散熱量為lq168.8(w/m)2-27 一肋片厚度為3mm ，長度為16mm ，是計算等截面直肋的效率。（1）鋁材料肋片，其導(dǎo)熱系數(shù)為 140w/( m k), 對流換熱系數(shù)h=80w/(m2 k); （2）鋼材料肋片，其導(dǎo)熱系數(shù)為40w/(m k),對流換熱系數(shù)h=125w/(m2 k)。解：（1）鋁材料肋片1hu802( 10.003 )m19.54ma14010.003ml19.540.0160.3127th(ml)=th(0.3127

13、)0.3004fth( ml )0.3 00496.1 %ml0.3 1277（2）鋼材料肋片1hu1252( 10.0 03 )m45.9 1ma4010.0 03ml45.91 0.0160.7344th(ml)=th(0.734)0.6255fth( m l )0.6 25 58 5.2 %m l0.7 34 4例題 3-1 一無限大平壁厚度為0.5m，已知平壁的熱物性參數(shù)=0.815w/(mk), c=0.839kj/(kg.k),=1500kg/m3, 壁內(nèi)溫度初始時均為一致為18oc，給定第三類邊界條件：壁兩側(cè)流體溫度為8 oc，流體與壁面之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=8.15w/ （m2

14、.k） ，試求 6h 后平壁中心及表面的溫度。教材中以計算了第一項，忽略了后面的項。計算被忽略掉的的第二項，分析被省略掉的原因。解：2102nfonnnnnnsin( x ,)xcossincose1、例 3-1 中以計算出平壁的fo=0.22， bi=2.5 。因為 fo0.2, 書中只計算了第一項，而忽略了后面的項。即2021fo11111sin( x ,)xcossincose2、現(xiàn)在保留前面二項，即忽略第二項以后的項0( x,)i(x, 6h)ii(x, 6h)， 其中221fo11111sinxi ( x , 6h )cossincose222fo22222sinxii( x, 6h

15、 )cossincose3、以下計算第二項ii( x, 6h )根據(jù) bi=2.5 查表 3-1，2=3.7262，2sin0.5519；cos3.72620.8339a）平壁中心x=0222fo22222sin0ii( 0m, 6h )cossincose8223.72620.22(0.5519 )ii( 0m, 6h )3.7262( 0.5519 )(0.8239 )eii( 0m, 6h )0.0124從 例 3-1中 知 第 一 項i( 0m, 6h)0.9， 所 以 忽 略 第 二 項 時 “ 和 ” 的 相 對 誤 差 為 ：ii( 0m, 6h)0.01241.4%i( 0m,

16、 6h)ii( 0m, 6h)0.9+(-0.0124)0(0,6h )i(0,6h)ii(0,6h)(188 )0.90.01248.88 cft( 0m, 6h )0m, 6ht8.88816.88( c )雖說計算前兩項后計算精度提高了，但16.88 oc 和例 3-1 的結(jié)果 17 oc 相差很小。說明計算一項已經(jīng)比較精確。b）平壁兩側(cè)x= =0.5m222fo22222sin0.5ii( 0.5m, 6h )cossincos0.5e223.72620.22(0.5519 )ii( 0.5m, 6h )(0.8239 )3.7262(0.5519 )(0.8239 )eii( 0.5

17、m, 6h)0.01從 例 3-1 中 知 第 一 項i( 0.5m, 6h)0.38， 所 以 忽 略 第 二 項 時 “ 和 ” 的 相 對 誤 差 為 ：ii( 0.5m, 6h)0.012.6%i( 0.5m, 6h)ii( 0.5m, 6h)0.38+0.010(0.5m,6h )i(0.5m,6h)ii(0.5m,6h)(188 )0.380 .013.9 cft( 0.5m, 6h )0.5m, 6ht3.9811.9( c )雖說計算前兩項后計算精度提高了，但11.9 oc和例 3-1 的結(jié)果 11.8 oc相差很小。說明計算一項已經(jīng)比較精確。4-4一無限大平壁，其厚度為0.3

18、m，導(dǎo)熱系數(shù)為k*mw4.36=。平壁兩側(cè)表面均給定為第三 類 邊 界 條 件 ， 即k*mw60h21=，c25tf1=；k*mw300h22=，c215tf2=。當平壁中具有均勻內(nèi)熱源35vm/w102q=時，試計算沿平壁厚度的穩(wěn)9態(tài)溫度分布。 （提示：取 x=0.06m）方法一數(shù)值計算法解：這是一個一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。（1） 、取步長 x=0.06m，可以將厚度分成五等份。共用六個節(jié)點123456t t t t t t將平板劃分成六個單元體 （圖中用陰影線標出了節(jié)點2、6 所在的單元體） 。 用熱平衡法計算每個單元的換熱量，從而得到節(jié)點方程。節(jié)點 1：因為是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程所以，從左邊通過對流

19、輸入的熱流量+從右邊導(dǎo)入的熱流量 +單元體內(nèi)熱源發(fā)出的熱流量 =0。即211f11vttxh a ttaaq0 x2節(jié)點 2：從左、右兩側(cè)通過導(dǎo)熱導(dǎo)入的熱流量+單元體內(nèi)熱源發(fā)出的熱流量=0。1232vttttaaax q0xx節(jié)點 3：從左、右兩側(cè)通過導(dǎo)熱導(dǎo)入的熱流量+單元體內(nèi)熱源發(fā)出的熱流量=0。2343vttttaaax q0xx節(jié)點 4：從左、右兩側(cè)通過導(dǎo)熱導(dǎo)入的熱流量+單元體內(nèi)熱源發(fā)出的熱流量=0。3454vttttaaax q0xx節(jié)點 5：從左、右兩側(cè)通過導(dǎo)熱導(dǎo)入的熱流量+單元體內(nèi)熱源發(fā)出的熱流量=0。4565vttttaaax q0xx節(jié)點 6：從左邊導(dǎo)入的熱流量 +從右邊通過對

20、流輸入的熱流量+單元體內(nèi)熱源發(fā)出的熱流量=0。即10562f26vttxh a ttaaq0 x2將k*mw4.36=、k*mw60h21=、c25tf1=、k*mw300h22=，c215tf2=、35vm/w102q=和x=0.06m，代入上述六個節(jié)點并化簡得線性方程組組 1：12t0.91t11.250；132tt2t19.780；243tt2t19.780；354tt2t19.780465tt2t19.780；56t1.49t8.410逐步代入并移相化簡得：12t0.91t +11.25，23t0.9174t +28.4679，34t0.9237t +44.5667，45t0.9291

21、t +59.785，56t0.9338t +74.297，66t0.6453t +129.096則方程組的解為:1t417.1895，2t446.087，3t455.224t444.575，5t414.1535，6t363.95若將方程組組1 寫成：12t0.91t +11.25，2131ttt19.782，3241ttt19.782，4351ttt19.782，5461ttt19.782，65t0.691t77.757可用迭代法求解，結(jié)果如下表所示：迭代次數(shù)節(jié)點 11t節(jié)點 22t節(jié)點 33t節(jié)點 44t節(jié)點 55t節(jié)點 66t0200.000300000300000300000300000

22、2000001284.250260.000310.000310.000260.000278.4782247.85307.125294.89294.89304.129257.4173290.734310.898308.898309.400286.044281.2504294.167309.706320.039307.361305.215269.1425293.082316.993318.401322.517298.142281.9766299.714315.635329.645318.162312.137277.244117298.478324.570326.789330.781307.5932

23、86.6088306.609322.524337.566327.081318.585283.5679304.747331.978334.693337.966315.214290.28510313.350329.61344.862334.844324.016288.667* 從迭代的情況看，各節(jié)點的溫度上升較慢，不能很快得出有效的解?？梢姳绢}用迭代法求解不好。（2） 、再設(shè)定步長為0.03m（x=0.03m），將厚度分成十等份，共需要11 個節(jié)點。和上述原理相同，得出線性方程組組212t0.9529t +3.534；2131ttt4.94523241ttt4.9452；4351ttt4.9452

24、5461ttt4.9452；6571ttt4.94527681ttt4.9452；8791ttt4.945298101ttt4.9452；109111ttt4.94521110t0.8018t44.6054同理求得的解為：1t402.9256，2t419.13，3t430.403，4t436.746，5t438.135，6t434.6，7t426.124；8t412.706，9t394.346；10t371.05，11t342.11* 上述劃線的節(jié)點坐標對應(yīng)于步長為0.06m 時的六個節(jié)點的坐標。（3） 、再設(shè)定步長為0.015m（x=0.015m），將厚度分成20 等份，共需要21 個節(jié)點。

25、和上述原理相同，得到新的節(jié)點方程為：12t0.9759t +1.026；2131ttt1.236323241ttt1.23632；4351ttt1.23632125461ttt1.23632；6571ttt1.236327681ttt1.23632；8791ttt1.2363298101ttt1.23632；109111ttt1.236321110121ttt1.23632；2019211ttt1.23632;2120t0.89t24.2053移相化簡為：12t0.9759t +1.026，23t0.9765t +2.209134t0.977t +3.3663,45t0.9775t +4.49

26、954t0.978t +5.6091，67t0.9785t +6.698，78t0.9789t +7.767,89t0.9793t +8.8173910t0.9797t+9.8497,1011t0.9801t+10.86541112t0.9805t+11.8656,1213t0.9809t+12.85121314t0.9813t+13.8234，1415t0.9816t+15.05971516t0.9819t+16.0016，1617t0.9822t+16.93141718t0.9825t+17.8504，1819t0.9828t+18.75291920t0.9831t+19.6512，202

27、1t0.9834t+20.8875212021t0.89t+24.2053=0.89(0.9834t20.8875 )24.2053求得的解為：1t401.6 c，2t410.5 c，3t418.1 c,4t424.5 c5t429.7 c，6t433.6 c，7t436.3 c,8t437.8 c139t438.0 c,10t437.0 c，11t434.8 c,12t431.4 c13t426.7 c，14t420.7 c，15t413.3 c，16t404.6 c17t394.7 c，18t383.5 c，19t371.2 c，20t357.6 c，21t342.4 c方法二：分析法（參

28、看教材第一章第四節(jié)）微分方程式為：2v2qd t0dx（1）邊界條件：11f1x 0dt=-httdx（2）2f26xdt=-httdx（3）由（1）式積分得vqdtxcdx再積分得2vqtxcx+d2（4）x0時，1td；x 0dtcdxx時，2v6qtc +d2；vxqdtcdx代入邊界條件（ 2）、 （3）式，并整理得2f2f1v2v21ttq / h +q/2c=/ h/ hf11cd=th將12f1f2vh h ttq的值分別代入式得c=619.89 c/m、d=401.07 c將 c、d、vq值代入式（4）得2t2747.25x619.89x+401.0714的節(jié)點對應(yīng)的坐標分別為

29、1x0m、2x0.06m、3x0.12m、4x0.18、5x0.24m、6x0.3m。相應(yīng)的溫度分別為1t401.1 c、2t428.4 c、3t435.9 c、4t423.6 c、5t391.6 c、6t339.8 c不同方法計算溫度的結(jié)果比較ocx(m)00.060.120.180.240.3分析法401.1428.4435.9423.6391.6339.8數(shù)值法xm0.06417.2446.1455.2444.6414.2364.00.03402.9430.4438.1426.1394.3342.10.015401.6429.7438.0426.7394.7342.2可見：第一次步長取0

30、.06m，結(jié)算結(jié)果的誤差大一些。步長為 0.03m 時計算的結(jié)果已經(jīng)相當準確。再取步長0.015m 計算，對結(jié)果的改進并不大。必須提醒大家的是數(shù)值計算是和計算機的發(fā)展密切相連的。人們不需要手工計算龐大的節(jié)點線性方程組！第五章5-13 由微分方程解求外掠平板，離前緣 150mm 處的流動邊界層及熱邊界層度，已知邊界平均溫度為60，速度為u=0.9m/s。解：1、以干空氣為例平均溫度為60，查附錄2 干空氣的熱物性參數(shù)=18.97 10-6m2/s=1.89710-5m2/s,pr=0.696離前緣 150mm 處 re 數(shù)應(yīng)該為x60.9 0.15re7116.518.97 10uxre 小于臨

31、街re,c(5510), 流動處在層流狀態(tài)x=5.0rex1/-215115.05()0.15re7116.5xx0.00889(m )8.9mm所以，熱邊界層厚度：1/31/3tpr0.00890.6930.01(m)=10mm2、以水為例平均溫度為60，查附錄3 飽和水的熱物性參數(shù)=4.7810-7m2/spr=2.99離前緣 150mm 處 re 數(shù)應(yīng)該為5x60.9 0.15re2.82427 100.478 10uxre 小于臨街re,c(551 0), 流動處在層流狀態(tài)x=5.0rex1/-2115.05()0.15re282427xx0.00141(m )1.41mm所以，熱邊界

32、層厚度：1/31/3tpr0.001412.990.00098(m)=0.98mm5-14 已知 tf=40，tw=20，u=0.8m/s，板長 450mm，求水掠過平板時沿程x=0.1、0.2、0.3、0.45m的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并繪制在以為縱坐標，為橫坐標的圖上。確定各點的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：以邊界層平均溫度確定物性參數(shù)mwf11ttt20+4030( c )22，查附表3 水的物性為：0.618w / m k， =0.80510-6m2/s，pr=5.42在沿程 0.45m 處的 re 數(shù)為16560.80.45re4.47100.80510 xux該值小于臨界rec=5 105,

33、可見流動還處于層流狀態(tài)。那么從前沿到x 坐標處的平均對流換熱系數(shù)應(yīng)為3xh2h0.664reprxx30.618reh0.664re5.420.72xxxx1）x=0.1m 時60.80.1re994000.80510 xux2re99400h0.720.722270 w / mkx0.1x局部換熱系數(shù)2xh1135 w / mk2）x=0.2m 時560.80.2re1.9875100.80510 xux2re198750h0.720.721604.9 w / mkx0.2x2xh802.5 w / mk3）x=0.3m 時560.80.3re2.9814100.80510 xux2re29

34、8140h0.720.721310.4 w / mkx0.3x2xh655.2 w / mk4）x=0.45m 時17560.80.45re4.472100.80510 xux2re447200h0.720.721070.1 w / mkx0.45x2xh535.1 w / mk02004006008001000120000.10.20.30.40.5對流換熱系數(shù)隨板長的變化第六章6-17 黃銅管式冷凝器內(nèi)徑12.6mm ，管內(nèi)水流速1.8m/s，壁溫維持80，冷卻水進出口溫度分別為28和 34，管長l/d20 ，請用不同的關(guān)聯(lián)式計算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：常壁溫邊界條件，流體與壁面的平均溫差為80

35、288034ttt48.94clnt /tln8028 / 8034冷卻水的平均溫度為fwttt = 80-48.94=31.06c由附錄 3 查物性，水在tf及 tw下的物性參數(shù)為：tf=31時 , f0.6207 w/(m k), f=7.90410-7m2/s,prf=5.31,f=7.866810-4n s/m2tw=80時 ,w=3.551 10-4n s/m2。所以-7f0.0126 1.8re28700100007.904 10mfduv水在管內(nèi)的流動為紊流。用 dittus-boelter公式，液體被加熱0.80.4fnu0.023 repr0.80.4fnu0.0232870

36、05.31.165 21820.6207165.28138.1 w / mk0.0126ffhnud用 siede-tate 公式0.14f0.81/ 3fwnu0.027 repr0.140.81/ 3f7.8668nu0.027287005.311943.55120.62071949554.7 w / mk0.0126ffhnud6-21 管式實驗臺，管內(nèi)徑0.016m，長為 2.5m，為不銹鋼管，通以直流電加熱管內(nèi)水流，電壓為5v，電流為 911.1a，進口水溫為47，水流速0.5m/s，試求它的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及換熱溫度差。（管子外絕熱保溫，可不考慮熱損失）解：查附錄3，進口處47水的密度

37、為3989.22kg/m質(zhì)量流量為2fmm =v=ur2fm =989.330.53.140.0080.0994kg/s不考慮熱損失，電能全部轉(zhuǎn)化為熱能被水吸收fpffuim c (tt)ffppui5911.1tt47m c0.0994c水的pc隨溫度變化不大，近似取50時的值 4.174kj/kg.k計算ff3pui5911.1tt4758 cm c0.09944.17410常熱流邊界，水的平均溫度475852.5c22fffttt查附錄 3 飽和水物性表得：196220.537 10/ ,65.1 10/ ()ffvmswm k3f4.175/ (), pr3.40,986.9/pckj

38、kg kkgm4mf6f0.5 0.016re1.4898 100.537 10u dv采用迪圖斯 -貝爾特公式0.80.4fnu0.023 repr40.80.4fnu0.023( 1.489810 )3.481.8121f0.6 5181.8 13328.6/ ()0.0 16hn uwmkd壁 面 常 熱 流 時 ， 管 壁 溫 度 和 水 的 溫 度 都 隨 管 長 發(fā) 生 變 化 ， 平 均 溫 差wfu itthahdlt59 1 1. 11 0. 9c3 3 2 8. 63. 1 40. 0 1 62. 5t6-35 水橫向掠過5 排叉排管束，管束中最窄截面處流速u=4.87m/

39、s ，平均溫度tf=20.2 ，壁溫tw=25.2，管間距12ss1.25dd， d = 19 mm, 求水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：由表6-3 得知叉排5 排時管排修正系數(shù)z=0.92查附錄 3 得知， tf= 20.2時，水的物性參數(shù)如下：f 0.599w/(m k),f=1.00610-6m2/s, prf=7.02,而 tw=25.2時 ,prw=6.22。所以5-7f4.87 0.019re919782 1010.06 10mfudv查表 6-2（管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)準則關(guān)聯(lián)式）得：0.250.2f0.361ffzw2prsnu0.35 reprs0.250.20.36f7.02nu0.3

40、5919781.250.92=21.256.22202ffnu21.25 0.599h669.4 w / mk0.019d例 6-6 空氣橫掠叉排管束，管外經(jīng)d = 25mm,管長 l = 1.5m，每排有20 根管子，共有5 排，管間距為 s1=50mm 、管排距為s2= 37mm 。已知管壁溫度為tw=110，空氣進口溫度為ft15 c，求空氣與壁面間的對流換熱系數(shù)。解：對流換熱的結(jié)果是使空氣得到熱量溫度升高，對流換熱系數(shù)一定時出口溫度就被確定了。目前不知空氣的出口溫度，可以采用假設(shè)試算的方法。先假定出口溫度為25，則流體的平均溫度f1525t=20 c2查物性參數(shù)6p=0.0259w/(

41、mk);15.0610;c1005j/(kgk)空氣的最大體積流量為f33max00t273+25v=v50005457 m/ h1.516m/ st273空氣在最小流通截面積2min1fsd ln(0.050.025 )1.520=0.75 m處達到最大速度maxminv1.516u2.02m / sf0.75maxf6ud2.020.025re335315.0610表 6-3z = 5 排時，修正系數(shù)z0.92又12s501.332s37.5表 6-20.20.61ffz2snu0.31 res0.60.2fnu0.3133531.330.92=39.37對流換熱系數(shù)21f2nu39.37

42、0.0259h=40.79 w /mkd0.025這樣大的對流換熱系數(shù)應(yīng)該是空氣出口溫度達到1ft1wfpffha ttmctt1wfwffffp00pha tthdlnztttt +t +mcv c1f40.793.140.0251.520511020t15+1.2935000/360010051ft15+2439 c計算的出口溫度與初步設(shè)定的值ft25 c有差異。再設(shè)出口溫度為1ft39 c，重復(fù)上敘計算過程。f1539t=27 c2查物性參數(shù)6p=0.0265w/(mk);15.7210;c1005j/(kgk)空氣的最大體積流量為f3max00t5000273+39v=v1.587m/

43、 st3600273最大速度maxminv1.587u2.12m / sf0.75maxf6ud2.120.025re336515.7210表 6-20.20.61ffz2snu0.31 res0.60.2fnu0.3133651.330.92=39.4622對流換熱系數(shù)f2nu39.460.0265h=41.82 w /mkd0.025這樣大的對流換熱系數(shù)應(yīng)該是空氣出口溫度達到1ft1wfpffha ttmctt1wfwffffp00pha tthdlnztttt +t +mcv c1f41.823.140.0251.520511027t15+1.2935000/360010051ft15+

44、22.737.7 c這個值與假定值很接近，所以出口溫度就是37.7oc， 對流換熱系數(shù)為2h=41.82w /mk。第七章7-3 水平冷凝器內(nèi)，干飽和水蒸氣絕對壓強為1.99105pa，管外徑16mm ，長為 2.5m，已知第一排每根管的換熱量為3.05104j/s，試確定第一排管的凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及管壁溫度。解：干飽和蒸汽在水平管外凝結(jié)。每根管的凝結(jié)熱流量wshathatt=（ 1）由課本附錄查得，壓強pa51.9910對應(yīng)的飽和溫度st= 120、潛熱r=2202.3kj/kg。計算壁溫需要首先計算對流換熱系數(shù)h。而 h 又與壁溫有關(guān)。先設(shè)定壁溫為wt =100 ，則凝液的平均溫度為swt

45、t120100t1102+=2查水的物性參數(shù)422.5910/ns m，3951.0/kgm，0.6 85/ ()wmk管外層流凝結(jié)換熱的換熱系數(shù)2314()swgrd tt23h= 0.7252331/ 44951.09.80.6852202.3100.7252.59100.016(120100)h=212025.6 7/ ()wmkh=代入式（ 1）4ws3.0 510tt120 -h a12025.6 73.1 40.0 162.5=(1)wt99.8 c=與 假定的壁 溫值很接近 。所以壁溫 約為100c，冷 凝 換熱系數(shù) 為212025.67/ ()wmk。7-7 垂直列上有20 排管的順排冷凝器，水平放置，求管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與第一排的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之比。解：單排時141()swgrd tt23h = 0. 725n=20 排時14nn()swgrdtt