單相對(duì)流傳熱的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式楊世銘,陶文栓,傳熱學(xué),第四版,答案

1、第6章單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式課堂講解課后作業(yè)【6-1】在一臺(tái)縮小成為實(shí)物1/8的模型中，用20c的空氣來(lái)模擬實(shí)物中平均溫度為 200c 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)為多少若模型中的平 均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為195W/(m 3.93 10 22 2 36.99W, m2 K 2.59 10 2K),求相應(yīng)實(shí)物中的值。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)為這樣的模化試驗(yàn)有無(wú)實(shí)用價(jià)值【解】空氣在20 C (模型)和200c (原型)的物性參數(shù)為：2=xi0m2/s, 22=x 10W/(mK), Pr2=;vi=xi0m2/s, A1=x 1

2、0W/(mK), Pr1=;根據(jù)相似理論，模型與實(shí)物中的 Re Re2 ,u1l1 u2由于NUik U26.031 l2NU2, 餌11» 幾 hA1 195 11i 2815.06 1066 8 20.85m s34.85 106h2l2考慮到Pr數(shù)不是影響換熱的主要因素，而且數(shù)值十分相近，故而這樣的?；囼?yàn)是有實(shí) 用價(jià)值的?！?-7】試計(jì)算下列情形下的當(dāng)量直徑：(1)邊長(zhǎng)為a及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(gè)內(nèi)徑為D的圓形筒體內(nèi)布置了 n根外徑為d的圓管，流體在圓管外作縱向流 動(dòng)?！窘狻?ab2 a

3、 b2aba b(2) de(3) de2ab 2ab - 2ba b a/ D2 d24 4Ac 44P D d(4) de41 n£4Ac44D2 nd2D nd【6-8】一常物性的流體同時(shí)流過(guò)溫度與之不同的兩根直管I與2,且的di=2d20流動(dòng)與換熱已處于湍流充分發(fā)展區(qū)域。試確定在下列兩種情形下兩管內(nèi)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對(duì)大 ?。毫黧w以同樣流速流過(guò)兩管；流體以同樣的質(zhì)量流量流過(guò)兩管?！窘狻縉Uf 0.023Re°.8Prfnhd0.023Re0.8Prfnh 0.023Re0.8Prfn0.023d0.8Ud0.8nC CCC Udcp0.023pdhi0.023cp

4、0.8Uidicph20.0230.8U2d2cpdind20.8Uid) 0.023Acpuidi0.8ih20.0230.8U2 d2dincpd2u2d2idi0.8 ,d20.20.8d2 Ui, 0.20.8di U20.2d2 di0.8UiU2(1)流體以同樣流速流過(guò)兩管:hih2Ui0.2di0.82d2d22d 2Ui2 0.20.8706Ui(2)流體以同樣的質(zhì)量流量流過(guò)兩管:1U1a12U2A2qmiqm2 ， diA Ui2d22 A2U21 Adi2d2 di0.22 0.8A d2 d2h2d1di1.8d2 di41.8d22 1.8 0.28722d26-I7

5、一臺(tái)I00MW的發(fā)電機(jī)采用氫氣冷去|3。氫氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)時(shí)為 27C,離開發(fā)電機(jī)時(shí)為88Co發(fā)電機(jī)的效率為,氫氣出發(fā)電機(jī)后進(jìn)入一正方形截面的管道。若要在管道中維 持Re=105,問(wèn)其截面積應(yīng)為多大氫氣的物性為Op=(kgK) r=x 10Pas【解】發(fā)電機(jī)中的發(fā)熱量為_661 P 1 0.985 100 101.5 10 W這些熱量被氫氣吸收并從27 c上升到88 C,qmcp 設(shè)正方形管道的邊長(zhǎng)為L(zhǎng),qmCp At則有當(dāng)量直徑由此可定氫的流量qm：1.5 10614.24103 88 271.727 kg s雷諾數(shù)qmUL2ReuLdeReqm4 AcPudeAc4L24LUdeqmRe.22

6、Ac L 1.985uLL21.7271 4T"50.087 1010_ _23.940 m1.985 m【6-19水以1.2m/s平均速度流入內(nèi)徑為20mm的長(zhǎng)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。試計(jì)算兩種情形下的表面 傳熱系數(shù)，并討論造成差別的原因?！窘狻縰=1.2m/s, d=0.02m。(1)加熱條件：平均溫差A(yù)tm2，20.85 C ,滿足中等以下溫差的條件。,75 20 ln75 70定性溫度tf Jf 20 70 45 C,則22bX 10m2/s,爛 x 10W/(mK), Pk；Ref 1.2

7、0.02 6 39506 10000 ,進(jìn)入旺盛湍流區(qū)。0.6075 10-6Nuf 0.023Re0.8Prf0.4 0.02 3 3 9 5 0 6 0.83.92 50.4 1 89.0664.15 102h Nuf1.89066064.04 W m Kd0.02(2)平均溫差A(yù)tm20 70 15 70ln 15 2020.85 C ,滿足中等以下溫差的條件。定性溫度tf200 45 C,則22年乂 10m2/s,爛x 10W/(mK), Pk；Ref 1.2 0.02 6 39506 10000 ,進(jìn)入旺盛湍流區(qū)。0.6075 10-Nuf 0.023 RefPr* 0.023 39

8、5060.83.9250.3 164.90-264.15 10f 2h Nuf - 164.90 5289.06 W/ m Kd0.02因?yàn)榧訜?，近壁處溫度高，流體黏度減小，對(duì)傳熱有強(qiáng)化作用；冷卻時(shí)，近壁處溫度低, 流體黏度增加，對(duì)傳熱有減弱作用?！?-27】一個(gè)亞音速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段的最大風(fēng)速可達(dá) 40m/s。為了使外掠平板的流動(dòng)達(dá)到5X 10 的Ra數(shù)，問(wèn)平板需多長(zhǎng)。設(shè)來(lái)流溫度為 30 C,平板壁溫為70C。如果平板溫度系用低壓水 蒸氣在夾層中凝結(jié)來(lái)維持，當(dāng)平板垂直于流動(dòng)方向的寬度為20cm時(shí)，試確定水蒸氣的凝結(jié)量。風(fēng)洞的壓力可取xi0Pa?！窘狻慷ㄐ詼囟萾m 里一L 3°-2

9、6; 50 C22年乂 10m2/s,爛x 10W/(mK), Pk；uxRex5 17.95 10 65 10 0.2244 m40 12_13 _5 1 2 1 3_ _Nu 0.664Re12Pr0.664 5 1050.698416.49在70c時(shí)，氣化潛熱2.83 10 22Nu 416.49 52.53 W m2 Kx0.2244r=kg,設(shè)凝2水量qm,根據(jù)能量平衡hA At qmhA At rq m52.53 02244 0.2 70 302334.1 1034.0398 10-5 kg s 0.1454 kg. h【6-35】一未包絕熱材料的蒸汽管道用來(lái)輸送 于室外。冬季室外

10、溫度為-10C。如果空氣以5m/s 上的對(duì)流散熱量。150c的水蒸氣。管道外徑為 500mm,置 的流速橫向吹過(guò)該管，試確定其單位長(zhǎng)度【解】d 0.5m , A定性溫度 tm J2dl0.5 11.57m2150 ( 10)2h x 10m2/s, udRe 70 C號(hào) X10W/(mK), Pr=;5 0.56 12487520.02 10 640000 Re 400000Nu 0.0266 Re0.805Pr13 0.0266 124875 0805 0.69413 298.32h Nu - 298.3.17.6598 W m2 Kd0.5hAtw tf 17.6598 1.57 1501

11、04438.397 W【6-44】一塊有內(nèi)部加熱的正方形薄平板，邊長(zhǎng)為 30cm,被豎直的置于靜止的空氣中， 空氣溫度為35Co為防止平板內(nèi)部電熱絲過(guò)熱，其表面溫度不允許超過(guò)150C。試確定所允tm150 35 92.5 Cm定性溫度許的電加熱器的最大功率。平板表面輻射換熱系數(shù)取為W/(m2K)o22h x 10m2/s,爛 x 10W/(mK), Pr=;g vAtl3 g Atl39.8 150 35 0.338Gr g V2g-y- 2 1.664 108226 2T 273.15 92.522.36 10 6_ 4 _ 91.43 10Gr 3 10Num 0.59 GrPr 1m4O

12、1 4h Num對(duì)流換熱量 輻射換熱量 總散熱量：hA tw tf61.067 l6.412 0.33hrAtw tf 8.25 0.33 r 154.55 W3.15 10 20.3150 35150 356.412 W m2 K66.36 W88.18 W0.59 1.664 108 0.689561.0672 154.55W 309.09 W。6mm、外徑為d0 10mm的鋼管中，其【解】t=180C物形參數(shù)：3.78 10 232.49 10 6,Pr 0.681Re2.85 0.0132.49 10 61538.9Nu0.683 Re046618.36 3.781Pr310 218.

13、360.013.14 0.0169.40tH tf根據(jù)(2-37)，有0.01t00.00314m2 tfCh(mH)mH53.429- 3.78 10 2 0.0040.1 67.749由于平板可以兩面同時(shí)散熱，故允許電加熱功率為 【6-61如圖為熱電偶溫度計(jì)，置于內(nèi)徑為 di35W/m K ,鋼管的高度H 10cmo用另一熱電偶測(cè)得了管道表面溫度，設(shè)t1 180 C , t2 100 C, U 5m/S。不考慮輻射換熱的影響。求：來(lái)流溫度。當(dāng)溫度3 35c的氣流以u(píng)1 60m/sCh(mH ) 190.736-70、已知：對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)葉片冷卻的模擬實(shí)驗(yàn)表明,的速度吹過(guò)特征長(zhǎng)度l1 0.15m、壁溫tw1 300 c的葉片時(shí)，換熱量為1500W?，F(xiàn)在有第二種340 C。兩種情況下葉片均可作為二維問(wèn)工況：t2 35c、u2 40m/s、l2 0.225m、tw2 題處理，