標準答案5資料

1、5-115-115-4 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。流動與換熱均已處于紊流充分發(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)的相對大小過兩管；:(1) 流體以同樣流速流情形下兩管內(nèi)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對大小過兩管；(2) 流體以同樣的質(zhì)量流量流過兩管。解： ( 1)當以同樣流速流過兩管時，u1 u2hl0.8 nNu 0.23Re Prh1 Nu1l2h2h1 Nu1l2h2Nu 2l10.8d1h1d2h2d1d2d2d110.820.87122)當以同樣質(zhì)量流量流過兩管時，h1u2)當以同樣質(zhì)量流量流過兩管時，h1u1d10.8 d21h2

2、u2d2 d140.80.5112210.2872 TOC o 1-5 h z Q1Q2u1Q1 / A1A21u2Q2 / A2A145-9 水以 1.2m/s的平均流速流過內(nèi)徑為20mm 的長直管。(1)管子壁溫為75，水從20加熱到70 ;(2)管子壁溫為15，水從70冷卻到20。試計算兩種情形下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并討論造成差別解： (1)定性溫度tf tf tf 452查 45水的物性參數(shù)有：990.2kg/m3,Cp 4.174kJ/(kg K),0.642W /(m K),v 0.608 10 6m2 /sPr 3.93,601.4 10 6 kg/m s3tw 15時：Re d d

3、 1.2 20 103.95 104為紊流流動wwv 0.608 10 6則 Nu 0.023Re0.8 Prn hd 因為是被加熱，所以n 取 0.4h 6071.1W/m2 Kh 20 10 3h 6071.1W/m2 K0.023 (3.95 104)0.8 3.930.40.642tt(2)定性溫度tf tf 2tf 45， 物性參數(shù)與( 1) 相同， 因為是被冷卻，所以 n 取 0.3Nu 0.023Re0.8 Pr0.3hd3h 20 10 34 080320.023 (3.95 104)0.8 3.930.3h 5294.5W/m2 K0.642h 不同是因為：一個是被加熱，一個

4、是被冷卻，速度分布受溫度分布影響， Nu不同。5-11 現(xiàn)代儲蓄熱能的一種裝置的示意圖如附圖所示。一根內(nèi)徑為25mm的圓管被置于一正方形截面的石臘體中心，熱水流過管內(nèi)使石臘熔解，從而把熱水的顯熱轉化成石臘的潛熱而儲蓄起來。熱水的入口溫度為60 ,流量為0.15kg/s。石臘的物性參數(shù)為:熔點為27.4，熔化潛熱Ls=244kJ/kg，固體石臘的密度 s=770kg/m3。假設圓管表面溫度在加熱過程中一直處于石臘的熔點 ， 試 計 算 把 該 單 元 中 的 石 臘 全 部 熔 化 ,熱 水 需 流 過 多 長 時 間 ?b=0.25m， l=3m。解：設暫取入口水溫度為定性溫度t 60時，物性

5、參數(shù)為：983.1kg/m3,Cp 4.179kJ / kg K, 65.9 10 2W /m K,v 0.478 106m2/sPr 2.99Reud0.15 4dvReud0.15 4dv16256.8所以為紊流。0803 hd32Nu 0.023Re0.8 Pr0.3 hd h 1.97 103W/m2 K1h dl(tw tf )1 d2 umCp(tftf )tf42.44tftftftftf251.2 查物性參數(shù)：Cp 4.175kJ /kg K,v 0.547 10 6m2 /s,987.5kg/m3,Pr 3.4740.6493W / m KRe 14142.9為紊流2t ft

6、 fh 1815.15W / m K t f 43.4 tf51.7 21則 h dl(tf tw)tsl(b2d2)Ls t 3363s45-15 溫度為 0的冷空氣以6m/s 的流速平行地吹過一太陽能集熱器的表面。該表面呈方形，尺寸為lm lm，其中一個邊與來流方向相垂直。如果表面平均溫度為20，試計算由于對流而散失的熱量。解：定性溫度tm0 20 10m2查 10空氣的物性參數(shù)：1.247kg/m3,Cp 1.005kJ/kg K,Pr 0.705,2.51 10 2W/m K17.6 10 6kg/m s,v 14.16 10 6m2/sul55Re4.2 105 5 105為層流流動

7、。則 Nux 0.664Re0.5 Pr1/ 3 hl h 9.67W/m2 K x則由對流而散失熱量Q hA t 9.67 1 20 193W5-25 一未包絕熱材料的蒸汽管道用來輸送150的水蒸氣。管道外徑為 500mm， 置于室外。冬天室外溫度為-10。 如果空氣以5m/s流速橫向吹過該管道，試確定其單位長度上的對流散熱量。解： tw 150查得 t10空氣的物性參數(shù)：1.342kg/m3,Cp 1.009kJ / kg K, 2.36 10 2W/m K, 16.7 10 6kg/m sv 12.43 10 6m2/s,Pr 0.712ud55Re u 2.01 105 2 105所以

8、用簡化公式Nu 0.02Re0.8 hd h 16.5W / m2 K單位長度對流散熱量Q h dl t 16.5 3.14 0.5 160 4144.8W5-28 在鍋爐的空氣預熱器中，空氣橫向掠過一組叉排管束，s1=80mm， s2=50mm，管子外徑d=40mm?？諝庠谧钚〗孛嫣幍牧魉贋?m/s,流體溫度tf=133，流動方向上的排數(shù)大于10，管壁平均溫度為165。試確定空氣與管束間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：tf 133查空氣133物性參數(shù)：0.8694kg/m3,Cp 1.0116kJ / kg K, 3.4375 10 2W/m K, 23.385 106kg/m s 62v 26.6

9、275 10 6m2/s,Pr 0.685Re ud 8.923 103又因為S11.6 2，所以用簡化公式:S20.6 S1 0.2 hd2Nu 0.31 Re ()h 68.65W / m KS25-33 假設把人體簡化成為直徑為275 mm、 高 1.75m的等溫豎直圓柱，其表面溫度比人體體內(nèi)的正常溫度低2，試計算該模型位于靜止空氣中時的自然對流散熱量，并與人體每天的平均攝入熱量(5440kJ)相37計算，環(huán)境溫度為25。解：定性溫度tm 35 25 30m2查 30空氣物性參數(shù)如下：2.67 10 2W/m2 K,v 16.0 10 6m2/s,Pr 0.7011339.8(35 25

10、) 1.753則 Gr96.771 109g (tw 則 Gr96.771 109(16 10 6)2(Gr Pr)m 6.771 109 0.701 4.75 109109為紊流hl則 Nu 0.1(Gr Pr)1/ 3 hl h 2.564W / m2 K則自然對流散熱量Q h dl t 2.564 3.14 275 10 3 1.75 10 38.77WQ總38.77 24 3600 3349.4kJ3349.4kJ 5440kJ5-36 一塊有內(nèi)部電加熱的正方形薄平板，邊長為30cm，被豎直地置于靜止的空氣中?？諝鉁囟葹?5。為防止平板內(nèi)部電熱絲過熱，其表面溫度不允許超過l50。試確定所允許的電熱器的最大功率。平板表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)取為8.52W/(m2 K)。解：定性溫度tm 35 150 92.5m2查空氣物性參數(shù)得：v 22.4 10 6m2/s,3.15 10 2W /m