冶金傳輸原理-熱量傳輸-試題庫(kù)

1、第7章對(duì)流換熱題7-1 一個(gè)大氣壓下20C的空氣,以1.5m/s的速度流過(guò)溫度為100 C的平面爐墻外表, 爐寬1.0m,長(zhǎng)2.0m,假設(shè)不計(jì)自然對(duì)流影響,求爐墻的對(duì)流換熱量.在60C下空氣的有關(guān)物性為18.97 10 6m2/s;2.90 10 2W/(m C); Pr 0.69611一解：Tm §(Tf Tw) 2(100 20) 60 C對(duì)長(zhǎng)L=2.0m的平板,有_v°L1.5 2.055ReL 6 1.58 1055 105 層流18.97 10由 Nu 0.664 Re0.5 Pr130.664 l 1 Pr13ReX223.39W/(m2 C)22.90 101

2、/35 1/20.664 0.696 1/3 (1.58 105) 1/22.0于是傳熱熱量為Q h(TW Tf)A 3.39 (100 20) 2.0 1.0 542.4W題7-2 一個(gè)大氣壓下24C的空氣,以60m/s的速度流過(guò)溫度為 216 C的平面爐墻外表, 爐寬1.0m,長(zhǎng)0.4m,假設(shè)不計(jì)輻射換熱,求爐墻的對(duì)流換熱量.在 120C下空氣的有關(guān)物 性為25.45 10 6m2/s;3.34 10 2W/(m C); Pr 0.686一_1一_1 一一 一-解：Tm -(Tf Tw) -(216 24) 120 C所以,對(duì)長(zhǎng)L=0.4m的平板有60 0.4559.43 1055 105

3、 湍流10 625.45從而有Nu (0.037 Re.8871) Pr13 0.037(9.43 105 )0.8 871 0.6861/31196h Nu /l 1196 3.34 10 2/0.4 99.9 W/(m2 C)于是傳熱熱量為Q h(TW Tf)A 99.9 (216 24) 0.4 1.0 7672.32W題7-3水在內(nèi)徑d=0.03m、長(zhǎng)度l 2.0m的水平直管中流動(dòng),管內(nèi)水流速u 0.04m/ s,60 C,水與空氣分別從管中流過(guò),管中水的流速為 0.3m/s,空5/0.08 62.5 60,故不考慮入口段修正.水： Reud空氣：Reud0.3 °.085

4、29813 0.805 10 54.5 0.08 15720 22.9 10 6均為旺盛湍流Re10000),采用式(7.31 )h - 0.023Re0.8 Pr0.4 d 空氣061808042-0.023 2981305.421326.6W/(m2 C)0.08平均溫度Tf20 C,當(dāng)管壁溫度為Tw 60 C時(shí),求對(duì)流換熱系數(shù).Tf 20 C時(shí),水的物性參數(shù)為1.006 10 6m2/s;0.599W/(m C);1.82 10 41/ C; Pr 7.02當(dāng)Tw 60 C時(shí),PrW 2.98; W 4.699 10 4 kg/(m s)ud 0.04 0.03 解：Ref 6 1192

5、 2300 層流1.006 10 6d0.03Ref Prf1192 7.02 一 125.52 10l2可以選式(7.39)計(jì)算Nuf 1.86(Ref Prf d/l)1/3( fw)0'4 1.86 5.01 0.59 2.860 5999故 h Nu 2.86 -. 57.1W/(m2 C)d0.03題7-4 一直管內(nèi)徑為0.08m,管長(zhǎng)為5m,管壁溫度保持 試分別計(jì)算水和空氣從 20C加熱到40 C時(shí)對(duì)流換熱系數(shù). 氣流速為4.5m/s.在30C下水的有關(guān)物性為在30C下空氣的有關(guān)物性為22.910 6m2/s;2.6710 2W/(m C); Pr 0.701解：Tf1 一

6、十、2 (Tf 1 Tf 2)1 -(2040) 30 CTTw Tf 603030 C故不考慮因粘度引起的誤差修正.0.618W/(m C); Pr5.42又對(duì)于直管0.805 10 6m2/s;0.80.4h 0.023Ref Prf d2.67 100.080.023 157200.8 0.7010.415.2W/(m2 C)題7-5長(zhǎng)12m,外徑0.3m的垂直蒸汽管外外表溫度為管單位長(zhǎng)的散熱量.在 40C下空氣的有關(guān)物性為60 C,試求在20 C的空氣中此16.96 10 6m2/s;0.0276W/(m C); Pr0.69911一Nu0.1(Gr Pr)0.1 (5.25 10 )

7、1hNu 1739H0.02762 24.0W/(m C)Qh(Tw Tf) d4 (60 20) 3.14 0.32垂直圓柱管,定型尺寸為管長(zhǎng)150.72W /m解：Tm (Tw Tf) *60 20) 40 CGr Pr -"l3 Pr v39.81 (60 20) 12(273 40) (16.96 10 6)25.251012109湍流查表1可得：C 0.1,n1 一,那么3L=12m .0.699表1實(shí)驗(yàn)得到的C,邪值外表狀配定壁尺寸Mia 值G JV臉圍C10 1】乎Affl 以 10 A£由圈50. IQ痕定塞自闔柱板成柱木度H-)0*屢凌0. 95 a ft

8、xTID* 1 cP0. io1 y10 110*由圈10. 11成定由閣10. t境定水平圓柱外控-10'M±T-IN0, 132 T木平板魏的向上誠(chéng)建彩板取兩也氐平2 X IO*8 X 10*JA0. 54T水平板沖面向下均值L風(fēng)板尊CM6 X 10( IO110. 15xy水平版想囪向下或 水平is曲面阿h珈形ei取的邊長(zhǎng)平IO1o. sa_L1"故題7-6水以0.8kg/s的流量在內(nèi)徑為 d=2.5cm的管內(nèi)流動(dòng),管子的內(nèi)外表溫度為90C,30 C時(shí),水的物進(jìn)口處水的溫度為 20C,試求水被加熱至40C時(shí)所需的管長(zhǎng). Tf性參數(shù)為0.805 10 6m2/s

9、;61.8 10 2W/(m C);801.5 10 6kg/(s m), W 314.9 10 6kg/(s-3 -995.7kg/m ; Pr 5.42m), Cp4.174kJ /(kg C)解:Tm1 _1 一 _2(Tw Tf) 2(20 40) 30 C4 0.8-22(2.5 10 )995.71.64m/sReud1.64 2.5 10 20.80510 65.09641010流動(dòng)為湍流.由于溫差為60 C,故要作修正.Nuf 0.023 Re0.80.4f Pr0.11 f0.023 (5.09 104)0.80.45.420.11801.5-291.97314.9根據(jù)熱平衡

10、方程：流體得到或失去的熱量=流體與管壁間的對(duì)流換熱量MCp(Tf'Tf)1.96h d(Tw Tf)1 96 一 一 78.4 60 2.5 10 2又-d故不必進(jìn)行管長(zhǎng)修正.題7-7長(zhǎng)10m,外徑為0.3m的包扎蒸汽管,外外表溫度為55C,求在25 C的空氣中水平與垂直兩種方式安裝時(shí)單位管長(zhǎng)的散熱量.在40 C下空氣的有關(guān)物性為16.96 10 6m2/s;2.76 10 2W/(m C); Pr 0.699解：1水平安裝時(shí),特征尺寸為管子外徑,即一g T 3Gr Pr 土 L3 Prv6.169 107 1099.81 (55 25)(273 40) (16.96 10 6)2層流

11、d=0.3m,貝 U0.330.699查表1 得：C 0.53, nNu0.53.一 7 1 4 一 一(6.169 10 )46.97h Nu_22.76 1046.97 d0.34.32W/(m2 C)h(TwTf) d 4.32 (55 25)3.14 0.3W/m 122.1W/m垂直安裝時(shí),特征尺寸為管子長(zhǎng)度,即L=10m,那么3Gr Pr 2 vg T9.81 (55 25) 10L Pr 0.699(273 40) (16.96 10 6)22.2851012 109湍流1查表 1 得：C 0.1,n -o 312 1 3Nu 0.1 (2.285 10 )13172h Nu 1

12、317 3.64W/(m2 C)d10 h(TW Tf) d 3.64 (55 25) 3.14 0.3W/m 102.9W/m (3)以簡(jiǎn)化公式計(jì)算1) 水平安裝時(shí)為層流,查表 1得計(jì)算公式為11/4h 1.33 41.33 55 254.21W/(m2 C)d0.32) 垂直安裝時(shí)為湍流,查表 1得計(jì)算公式為1h 1.13 T3 1.13 55 25 1/3 3.51W/(m2 C) 計(jì)算誤差均未超過(guò)土 5%.題7-8 一水平放置的熱力管道在廠房中散熱.管道外徑d=108mm,其外外表溫度Tw 80 C,廠房?jī)?nèi)空氣溫度Tf 10 C.試計(jì)算每米管道由自然對(duì)流換熱方式散失的熱量. 解：此題符

13、合采用專用式(7.23)的條件 平均換熱系數(shù)I7014oh 1.34( T/l)14 1.34 6.76W/(m2 C)0.108每米長(zhǎng)管道自然對(duì)流換熱的散熱量為Q h(TW Tf) d 6.76 700.108 160W/m題7-9 一臺(tái)蒸汽輪機(jī)用冷凝器銅管根數(shù)n=6000,管外徑為23mm,壁厚1mm.冷卻水進(jìn)口處水溫和管內(nèi)壁溫度分別為Tf'27.4 C,TW 29.4 C,冷卻水出口處水溫和管內(nèi)壁溫度分別為Tf''34.6 C,Tw 35.6 C,冷卻水流量Q 2500kg/s.冷凝器內(nèi)冷卻水為兩個(gè)f流程.試計(jì)算管內(nèi)壁與水之間的平均對(duì)流換熱系數(shù).,水在 31C時(shí)的

14、物性參數(shù)為： 0.79 10 6m2/s,0.62W/(m K),995.4kg /m3, Pr 5.31,f 786.7 10 6Pa s, W 764.4 10 6 Pa s提示：冷凝器過(guò)流截面積為 一d2 竺°42解udRe QdA2500 (0.023 0.001 2)流動(dòng)為湍流. _2995.4 看(0.023 0.001 2)2對(duì)流換熱系數(shù)為4_4cEC6.43 104 104600060.79 102h 0.023Re0.8Pr0.4 0.023 062 (6.43d0.021104)0.8 5.310.4 9299W/(m2 K)題7-10水式量熱計(jì)為一外徑d 15m

15、m的管子,用空氣斜向吹過(guò).空氣速度V0 2m/s,與管子軸線的交角為60o.空氣溫度為 20C.穩(wěn)定時(shí)量熱計(jì)管子外壁溫度Tw 80 C,試計(jì)算管壁對(duì)空氣的對(duì)流換熱系數(shù)及單位管長(zhǎng)的對(duì)流換熱量.在50 C下空氣的有關(guān)物性為17.95 1062_m /s;0.0283W/(m K); Pr 0.698 1 一解：Tm2(TW_1_-Tf) - (80 20) 50 C167117.95 10 6查表2得c 0.606, n 0.466.由4 =60o查圖1得 0.94 .于是對(duì)流換熱系數(shù)為h 0.606Re0.466 Pr130.466130.0283- 0.606 16710.6980.94 d0

16、.015.一230.3W/(m K)單位管長(zhǎng)的對(duì)流換熱量idh(Tw Tf)0.015 30.3 (80 20) 85.7W/m&C4-400.購(gòu)0.38540-40000.6064 000-40 0000.1710.6LB40 000-250 0000.023 90.805心 橫傍同柱圓管遇制對(duì)斑換熱中的cMnttLO90*3(rso,平圖l圓柱面沖擊角修正系數(shù)題7-11、30C的空氣以50m/s的速度外掠一塊平板,平板保持210C的板面溫度,板長(zhǎng)0.5m.試求平均換熱系數(shù).不計(jì)輻射換熱.在120 C下空氣的有關(guān)物性為25.45 10 6m2/s;3.34 10 2W/(m C);

17、Pr 0.68611一解：Tm 2(Tw Tf) 2(210 30) 120 Cvl 50 0.555Re6 9.82 1055 10525.45 10 6平板后部以到達(dá)湍流區(qū),全長(zhǎng)平均換熱系數(shù)為Nu (0.037Re08 871) Pr13 0.037(9.82 105)08 871 0.68613 1261h Nu /l 1261 3.34 10 2 /0.5 84.23W/(m2 C)題7-12、某高爐冷卻壁,其冷卻水管內(nèi)徑d=58mm有效長(zhǎng)度L=1.75m,水在管內(nèi)的流速v=1.5m/s,進(jìn)出口平均溫度 Tf=40C,管壁溫度Tw=47C.試求水與管壁間的對(duì)流換熱系數(shù)？已解：Re Vd

18、知水在 40C時(shí)物性參數(shù)為：0.635w/(m C),0.659 10 6m2/s, Pr 4.31 o1.5 0.0584、,山、“7- 132021 1 10 滯流 0.659 10 6T Tw Tf47 40 7 C,不需做溫差修正.Nuf 0.023 Re0.8h Nu 530.7d由式(7.31 )得Pr0.40.023 1320210.8 4.310.4 530.70.6352 -5810.4W/(m2 C)0.058題7-13、水流過(guò)長(zhǎng)L=5m的直管時(shí),從Tf 25.3 C被加熱到Tf" 34.6 C .管子的內(nèi)徑d 20m,水在管內(nèi)的流速為2m/s,求對(duì)流換熱系數(shù).水

19、在30C時(shí)物性參數(shù)為:0.618W/(m C),cp4.174kJ /(kg C),995.7kg/m3,0.805 10 6 m2/s,Pr 5.42. '"TfTf 25.3 34.6解：Tf 30 C22vl 2 0.0244、,山、*Re 6 4.97 105 10 滯流0.805 10Nuf0.023Re0.8 Pr：4 0.023 (4.97 104)0.8 5.420.4 258h Nu 258 0618 7895W/(m2 C)d0.02題7-14、一個(gè)大氣壓下,20C下的空氣以15m/s的流速流過(guò)平板,板面溫度為 60 Co求距 板端0.5m處的對(duì)流換熱系數(shù)

20、及單位板寬的傳熱量.查得40C時(shí)空氣的有關(guān)物性參數(shù)為：粘度 16.96 10 6m2/s,熱導(dǎo)率 2.76 10 2W/(m C),Pr=0.699 .解:Nuux Re 15 0.516.96 10 6110.664Pr3Re20.6645_54.422 105 5 105 層流110.6993 (4.422 105)'392Nu 392L2.76 100.521.62、W/(m2 C)設(shè)板寬為B,那么Qh(Tw Tf )Blc vDRe 1 0.0217.95 10 61114.2Q言 21.6 (60 20) 0.5 432 W/m題7-15、空氣正面橫掠外徑 d=20mm的圓管

21、.空氣流速為 1m/s.空氣溫度t°=20C,管 壁溫度tw=80 C,試求平均外表傳熱系數(shù). 2-.-6 2溫度為 50 C時(shí),入 m=2.83X 10 W/ (m C) , u m=17.95X 10 m/s解：定性溫度Tm虹上哄50C22n=0.466 ,所以查表知,當(dāng) Re=404000 時(shí),c=0.606 ,n0.466Nu c Re 0.606 (1114.2)15.9h Nu 15.9D"3 1022.55W/m2.C0.02答：平均外表傳熱系數(shù)為 22.55W/m2.C .61583710622.1橫掠水平圓管nNu cReMil自燃對(duì)床摸嫌中的?及x值跟找

22、與位置£；及推敷H還用慈蚤c*-SV J*JSSt0.10X4± 3W -NF-呻圜柱18as14水平檀鳩臨上直擇而朝FJ1LM0. 16,L 4_L 34 x Kf - 3 x未平推妙曲朝F或持由朝上DM1儼.人b【題7-16】溫度為25C的空氣,以7m/s的流速,分別橫掠水平圓管和外掠平板.水平圓管的外徑 d為50mm,平板的長(zhǎng)為1m,外壁溫度均為155C.試求兩種情況下對(duì)流 換熱系數(shù).( 90C的空氣,入=0.0313 W/(m. C), u =22.1 x 10-6 m2/s, Pr=0.69)表7,2強(qiáng)制對(duì)流換熱中的c_及nRecn4 400.S09O.3S54D

23、- 4 (K»0,6060.4664 (MJO 40 OCX)0-E0.6LS40 000 250 U000.02J 9U.«05解：定性溫度：Tm (Tf Tw)/2 (155 25)/2 90 C(1)計(jì)算橫掠水平圓管的對(duì)流換熱系數(shù) ud 7 0.05查表的c = 0.171,(2)Ren = 0.618Nu 0.0313 0.171 (15837)0.618 42.2d 0.05計(jì)算外掠平板的對(duì)流換熱系數(shù)uLW/(m2.C)外掠平板7 1553.16742 105 5 10522.1 106流動(dòng)屬于層流.0.51 /3Nu 0.664 Re PrRe 一 h2 -Nu

24、L0.0313 0.664 (316742)05 (0.69)1/3 10.3 W/(m2.C)1【題7-16】25C的空氣以6m/s的速度流入平板,板長(zhǎng)寬均為1m,板溫為50C, 試計(jì)算距板端0.1m,0.5m,1各點(diǎn)的平板與空氣的對(duì)流傳熱量.解：查附錄7的25C空氣的物性參數(shù)如下：2.63 10 2W/ m C ,Pr 0.702,15.53 10 6m2 /s(1)距板端0.1m的平板 計(jì)算$諾數(shù)ReU0L1故可采用式(7.24)6 0.1515苗布 °.38 10計(jì)算對(duì)流換系數(shù)5 105Nu 0.664 Re0.5Pr13 0.6640.38 10515.5310 63.22

25、.Nu 3.22 2.63 10 220.1 0.85 W/ m平板與空氣的對(duì)流換熱量為q h Tf Tw0.85 50 2521.25W/(2)距板端0.5m的平板 計(jì)算$諾數(shù)6 0.557 1.9 105 15.53 106故可采用式(7.24)計(jì)算對(duì)流換系數(shù)Nu 0.664 Re0.5Pr13 0.6641.9 105 萼Re°.5U0L25 1056 1315.53 1037.210.5Nu 7.21 2.63 10 2 h 0.38 W/平板與空氣的對(duì)流換熱量為q hTf Tw0.38 50 259.5W/ m2(3)距板端1m的平板 計(jì)算$諾數(shù)6 1.0 6 3.8 15

26、.53 106故可采用式(7.24)計(jì)算對(duì)流換系數(shù) 0.515 0.5Nu 0.664 Re Pr 3 0.6643.8 10Re°.5U0 L2105_55 1056 1315.53 10310.18Nu10.18 2.63 10 21.020.27 W/ m C平板與空氣的對(duì)流換熱量為2q h Tf TW0.27 50 25 6.75W /m2【題7-17】某一長(zhǎng)為1m,寬為0.5m熱板,在空氣中進(jìn)行冷卻熱面朝上.試 求當(dāng)熱板外表溫度為300C,環(huán)境溫度為20C時(shí)熱板自然對(duì)流散熱量.解：計(jì)算熱板自然對(duì)流散熱量,先必須確定 Gr Pr乘積得數(shù)值,以判別流態(tài) 而選用c和n得值1Tm

27、- 300 202定性溫度查附錄7得相關(guān)物性參數(shù)為：2m 3.64 10 2W/ m Cm 30.09 1062m /s, Prm 0.682空氣的體積膨脹系數(shù) V按11計(jì)算,故 T1V 160 2731433由此可算出:Grm 蚪m1 0.59.81 2433 30.092 10 123300 202.96 109G- Prm2.96 109 0.682 2.02 109按表7.1處丁湍流流態(tài),c0.15,n %,那么Num 0.15 Grm1 39 1 3Prm0.15 2.02 109190丁是平均換熱系數(shù)Nu m mh l190 3.64 10 2、29.2 W/ m C1 0.5【題

28、7-18】有一根水平放置的蒸汽管道穿過(guò)廠房,其保溫層外徑為583mm,周圍空氣溫度為23 C,試計(jì)算每米長(zhǎng)保溫管道由外外表平均溫度為48 C 自然對(duì)流引起的散熱量解：定性溫度Tm48 23 ° 35.5 c查附錄7有2.72 10C ,16.53 10 6m2/s, Prf 0.700空氣的體積膨脹系數(shù)1 ,計(jì)算,故 TGrm gL3 v T . Vm29.81308.5一 25 16.532 10 122.91 109308.5.13按表7.1處丁層流流態(tài)時(shí),c 0.53,Num0.53 2.9191 4109 0.700112.6丁是平均對(duì)流換熱系數(shù)Nu m mh L112.6

29、2.72 10 22 八3.06W/ m C1那么每米長(zhǎng)保溫管道由自然對(duì)流引起的散熱量hA T 3.060.583 1 25 140W20C的空氣以10m/s流速橫掠外徑為50mm,40 C o橫貫內(nèi)均布電熱器消耗的電功率為【題7-19】在穩(wěn)態(tài)工作條件下, 管長(zhǎng)為3m的圓管后,溫度增至 1560VV試求橫管外側(cè)壁溫.解：定性溫度查附錄7有由此算得雷諾數(shù)Tm20 402.6730 C10 2W/ m-62C ,16.00 10 m /s按表7.27及表7.2得丁是平均對(duì)流換熱系數(shù)udRe 一10 0.05 631250 16.00 10 6Num 0.171 31250 0.618 102.51

30、02.5 2.67 10 22 八54.75 W/ m C0.05那么橫管由自然對(duì)流引起的散熱量hA T 54.750.05 3 Tw 201560W從而可以計(jì)算出橫管外側(cè)壁溫Tw 80.5 C【題7-20】壓力為1.013 105Pa的空氣在內(nèi)徑為76mm的直管道內(nèi)強(qiáng)制流動(dòng),入口溫度為65C,入口體積流量為0.022m3/s,管壁的平均溫度為180C.試問(wèn)將空氣加熱到115C所需管長(zhǎng).解：定性溫度Tm65 11590 c查附錄7有3.13 10 2W/22.10 106m2/s Pr 0.690,cP 1.009kJ / kg0.972 kg/m3,f 21.5 10 6Pa s以管壁溫度為

31、定性溫度,查得空氣的速度314.910 6 Pa s0.0224.85m/s2 -0.07624由此算得雷諾數(shù)Reud流動(dòng)為湍流且溫差為90 C較大,4.85 0.076461.67 1022.10 10 6采用式7.33計(jì)算0.25Num 0.021Re f 0.8 Prf 0.43PrfPrW0.027 1.671040.81 36 .6 0.140.69013 21.5 10 6 31.4 10 639.14丁是平均對(duì)流換熱系數(shù)Nu m m39.14 3.13 10 20.076216.12 W/ m C由熱平衡得mcP TfTfhA T h dL Tw Tf代入數(shù)據(jù)為0.9720.0221009 115 6516.10.076 L 180 65求得所需管長(zhǎng)L 2.44m2m寬【題7-21】15C的空氣以10m/s的速度流過(guò)一塊平板的兩側(cè),板長(zhǎng)為 為3m,平板溫度為100C,求平板的散熱量.解：流體定性溫度1100 1557.5 C2查附錄7的有關(guān)物性參數(shù)如下2.88 10 2W/m C ,18.72 10 6m2/ s , Prf 0.968 ,計(jì)算流