傳熱學(xué)第七章復(fù)習(xí)資料

第頁(yè)第七章思索題1.什么叫膜狀凝聚，什么叫珠狀凝聚膜狀凝聚時(shí)熱量傳遞過(guò)程的主要阻力在什么地方？答：凝聚液體在壁面上鋪展成膜的凝聚叫膜狀凝聚，膜狀凝聚的主要熱阻在液膜層，凝聚液體在壁面上形成液珠的凝聚叫珠狀凝聚。2．在努塞爾關(guān)于膜狀凝聚理論分析的8條假定中，最主要的簡(jiǎn)化假定是哪兩條答：第3條，忽視液膜慣性力，使動(dòng)量方程得以簡(jiǎn)化；第5條，膜內(nèi)溫度是線性的，即膜內(nèi)只有導(dǎo)熱而無(wú)對(duì)流，簡(jiǎn)化了能量方程。3．有人說(shuō)，在其他條件一樣的狀況下．水平管外的凝聚換熱肯定比豎直管劇烈，這一說(shuō)法肯定成立？答；這一說(shuō)法不肯定成立，要看管的長(zhǎng)徑比。4．為什么水平管外凝聚換熱只介紹層流的準(zhǔn)那么式？常壓下的水蒸氣在℃的水平管外凝聚，假如要使液膜中出現(xiàn)湍流，試近似地估計(jì)一下水平管的直徑要多大答：因?yàn)閾Q熱管徑通常較小，水平管外凝聚換熱一般在層流范圍。對(duì)于水平橫圓管：臨界雷諾數(shù)由℃,查表：由℃，查表：即水平管管徑到達(dá)2.07m時(shí)，流淌狀態(tài)才過(guò)渡到湍流。5．試說(shuō)明大容器沸騰的曲線中各局部的換熱機(jī)理。6．對(duì)于熱流密度可控及壁面溫度可控的兩種換熱忱形，分別說(shuō)明限制熱流密度小于臨界熱流密度及溫差小于臨界溫差的意義，并針對(duì)上述兩種情形分別舉出一個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例。答：對(duì)于熱流密度可控的設(shè)備，如電加熱器，限制熱流密度小于臨界熱流密度，是為了防止設(shè)備被燒毀，對(duì)于壁溫可控的設(shè)備，如冷凝蒸發(fā)器，限制溫差小于臨界溫差，是為了防止設(shè)備換熱量下降。7．試比照水平管外膜狀凝聚及水平管外膜態(tài)沸騰換熱過(guò)程的異同。答：穩(wěn)定膜態(tài)沸騰及膜狀凝聚在物理上同屬相變換熱，前者熱量必需穿過(guò)熱阻較大的汽膜，后者熱量必需穿過(guò)熱阻較大的液膜，前者熱量由里向外，后者熱量由外向里。8．從換熱外表的構(gòu)造而言，強(qiáng)化凝聚換熱的根本思想是什么強(qiáng)化沸騰換熱的根本思想是什么？答：從換熱外表的構(gòu)造而言，強(qiáng)化凝聚換熱的根本思想是盡量減薄粘滯在換熱外表上液膜的厚度，強(qiáng)化沸騰換熱的根本思想是盡量增加換熱外表的汽化核心數(shù)。9．在你學(xué)習(xí)過(guò)的對(duì)流換熱中．外表傳熱系數(shù)計(jì)算式中顯含換熱溫差的有哪幾種換熱方式？其他換熱方式中不顯含溫差是否意味著及溫差沒(méi)有任何關(guān)系答：外表傳熱系數(shù)計(jì)算式中顯含換熱溫差的有凝聚換熱和沸騰換熱。不顯含溫差并不意味著及溫差無(wú)關(guān)，溫差的影響隱含在公式適用范圍和物件計(jì)算中。10．在圖7-14所示的沸騰曲線中，為什么穩(wěn)定膜態(tài)沸騰局部的曲線會(huì)隨△t的增加而快速上升答：因?yàn)殡S著壁面過(guò)熱度的增加，輻射換熱的作用越加明顯。習(xí)題根本概念及分析7-1,試將努塞爾于蒸氣在豎壁上作層流膜狀凝聚的理論解式(6—3)表示成特征數(shù)間的函數(shù)形式，引入伽里略數(shù)及雅各布數(shù)。解：，。7-2,對(duì)于壓力為0.1013MPa的水蒸氣，試估算在℃的狀況下雅各布數(shù)之值，并說(shuō)明此特征數(shù)的意義以及可能要用到這一特征數(shù)的那些熱傳遞現(xiàn)象。解：，r=，，，代表了汽化潛熱及液瞙顯熱降之比;進(jìn)一步一般化可寫(xiě)為，代表了相變潛熱及相應(yīng)的顯熱之比，在相變換熱〔凝聚,沸騰,熔化,凝固等都可以用得上〕。7-3,℃的水蒸氣及℃的R134a蒸氣．在等溫豎壁上膜狀凝聚，試計(jì)算離開(kāi)x＝0處為0.1m,0.5m處液膜厚度。設(shè)℃。解：，近視地用ts計(jì)算物性，那么：對(duì)水：，，，；對(duì)R134a：，，，；對(duì)水：＝X=0.1,.X=0.5,對(duì)R134a：＝X=0.1,；X=0.5,。7-4,當(dāng)把一杯水倒在一塊赤熱的鐵板上時(shí)．板面馬上會(huì)產(chǎn)生很多跳動(dòng)著的小水滴，而且可以維持相當(dāng)一段時(shí)間而不被汽化掉。試從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)明這一現(xiàn)象[常稱為萊登佛羅斯特(Leidenfrost)現(xiàn)象]，并從沸騰換熱曲線上找出開(kāi)場(chǎng)形成這一狀態(tài)的點(diǎn)。解：此時(shí)在炙熱的外表上形成了穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰，小水滴在氣膜上蒸發(fā)，被上升的蒸汽帶動(dòng)，形成跳動(dòng)，在沸騰曲線上相應(yīng)于qmin(見(jiàn)圖6-11)的點(diǎn)即為開(kāi)場(chǎng)形成現(xiàn)象的點(diǎn)。凝聚換熱7-5,飽和水蒸氣在高度l＝1.5m的豎管外外表上作層流膜狀凝聚。水蒸氣壓力為，管子外表溫度為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1.0m處的液膜厚度和局部外表傳熱系數(shù)。解：水蒸氣對(duì)應(yīng)的飽和參數(shù)：℃定性溫度：℃查表得由解得x0.10.20.40.61.0δ〔㎜〕0.0610.0730.0860.0960.109hx1123294457942717763167-6,飽和溫度為50℃的純凈水蒸汽在外徑為25.4mm的豎直管束外凝聚，蒸汽及管壁的溫差為11℃,每根管于長(zhǎng)1.5m，共50根管子。試計(jì)算該冷凝器管束的熱負(fù)荷。解：℃，，，，r＝，設(shè)流淌為層流，ｈ＝＝226.3＜1600，故為層流。整個(gè)冷凝器的熱負(fù)荷Q=50×4954.8×3.1416×0.0254×1.5×11=326.2kW。7-7,立式氨冷凝器由外徑為50mm的鋼管制成。鋼管外外表溫度為25℃，冷凝溫度為30℃。要求每根管子的氨凝聚量為0.009kg/s，試確定每根管子的長(zhǎng)度。解：tm=℃，，，，r＝，由，得：。設(shè)流淌為層流，那么有：ｈ＝代入L的計(jì)算式，得：L=所以L=，h==3986.6W/(m2.k)，Re=，故為層流。7-8,水蒸汽在水平管外凝聚。設(shè)管徑為25.4mm，壁溫低于飽和溫度5℃，試計(jì)算在冷凝壓力為Pa,Pa,Pa及Pa下的凝聚換熱外表傳熱系數(shù)。解：按式〔6-4〕計(jì)算，各壓力下的物性及換熱系數(shù)之值如下表示：Pc/〔105Pa〕0.050.51.010.0tc/〔℃〕32.481.599.8179.8tm/〔℃〕34.984102.3182.3ρt/〔℃〕993.98969.2956.7884.4λt/［W/〔m.k〕］0.6260.67640.68350.6730ul×106/［kg/〔m.s〕］728.8379.02277.1151.0r/〔KJ/kg〕2425230522602021h/［W/〔m2.k〕］114501393315105161387-9,飽和溫度為30℃的氨蒸汽在立式冷凝器中凝聚。冷凝器中管束高3.5m，冷凝溫度比壁溫高4.4℃。試問(wèn)在冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算中可否采納層流液膜的公式。物性參數(shù)可按30℃計(jì)算。解：依據(jù)附錄13，30℃的氨液的物性參數(shù)為：先按層流計(jì)算，那么：ｈ＝，。確實(shí)屬于層流范圍。7-10,—工廠中采納0.1MPa的飽和水蒸汽在一金屬豎直薄壁上凝聚，對(duì)置于壁面另—側(cè)的物體進(jìn)展加熱處理。豎壁及蒸汽接觸的外表的平均壁溫為70℃，壁高1.2m．寬30cm。在此條件下，一被加熱物體的平均溫度可以在半小時(shí)內(nèi)上升30℃，熱確定這—物體的平均效容量。不考慮散熱損失。解：近似地取ts=100℃，℃。設(shè)為層流h=，及假設(shè)一樣。平均熱容量.7-11,一塊及豎直方向成30°角的正方形平壁，邊長(zhǎng)為40cm,Pa的飽和水蒸汽在此板上凝聚，平均壁溫為96℃。試計(jì)算每小時(shí)的凝聚水量。假如該平板及水平方向成30°角，問(wèn)凝聚量將是現(xiàn)在的百分之幾？解：tm=℃，，，，r＝，設(shè)為膜狀凝聚，h=假如其它條件不變，但改為及水平方向成30°角，那么h為原來(lái)的=0.872=87.2﹪，因而凝聚量亦將是現(xiàn)在的87.2﹪。7-12,壓力為1.013x105Pa的飽和水蒸汽，用水平放置的壁溫為90℃的銅管來(lái)凝聚。有以下兩種選擇：用—根直徑為10cm的銅管或用10根直徑為1cm的銅管。試問(wèn)：(1)這兩種選擇所產(chǎn)生的凝聚水量是否一樣最多可以相差多少？(2)要使凝聚水量的差異最大，小管徑系統(tǒng)應(yīng)如何布置(不考慮容積的因素)。(3)上述結(jié)論及蒸汽壓力,銅管壁溫是否有關(guān)(保證兩種布置的其他條件一樣)解：水平管的凝聚換熱公式兩種方案的換熱外表積一樣，溫差相等，由牛頓冷卻公式，故凝液量因此，兩種方案的凝液量之比故小管徑系統(tǒng)的凝液量是大管徑系統(tǒng)的1.778倍。只要保證蒸氣壓力和管壁溫度在兩種狀況下一樣，上述結(jié)論及蒸氣壓力和銅管壁溫?zé)o關(guān)。7-13,一臥式水蒸汽冷凝器管子的直徑為20mm，第—排管子的壁溫℃，冷凝壓力為4.5xl03Pa。試計(jì)算第一排管子每米長(zhǎng)的凝聚液量。解：相應(yīng)于4.5×103Pa的飽和溫度為30.94℃，，℃。h=每米長(zhǎng)管子上的凝聚水量：7-14,飽和溫度為30℃的水蒸汽在恒定溫度的豎壁上凝聚，試估算使液膜進(jìn)入湍流的之值。物性按飽和溫度查取。解：，，，，于是有： 之值應(yīng)滿意：，即，兩式聯(lián)立得，，＝319.2m.℃。7-15,設(shè)習(xí)題7-14中飽和水蒸汽的飽和壓力為1.013X105Pa，試重做該題。在—般工業(yè)及民用水蒸汽凝聚的換熱系統(tǒng)中，沮差常在5～10℃范圍內(nèi)，由此題及習(xí)題6—14的計(jì)算你可以得出什么看法？解：100℃下飽和水的物性為：，，，，將此式及下式聯(lián)立，，得，由此得：＝18.345，＝48.3m.℃。一般工業(yè)用冷凝器大多在層流范圍內(nèi)。7-16,為估算位于同一鉛垂面內(nèi)的幾棍管子的平均凝聚換熱外表傳熱系數(shù)，可采納以下偏于保守的公式：其中為由上往下第1排管子的凝聚換熱外表傳熱系數(shù)。這里假定n根管子的壁溫一樣。今有一臺(tái)由直徑力20mm的管束所組成的臥式冷凝器，管子成叉排布置。在同一豎排內(nèi)的平均管排數(shù)為20，管壁溫度為15℃，凝聚壓力為4.5x103Pa，試估算純凈水蒸汽凝聚時(shí)管束的平均外表傳熱系數(shù)。解：℃。7-17為了強(qiáng)化豎管外的蒸汽凝聚換熱，有時(shí)可采納如附圖所示的凝聚液泄出罩。設(shè)在高l的豎管外，等間距地布置n個(gè)泄出罩，且加罩前及加罩后管壁溫度及其他條件都保持不變。試導(dǎo)出加罩后全管的平均外表傳熱系數(shù)及未加罩時(shí)的平均外表傳熱系數(shù)間的關(guān)系式。假如盼望把外表傳熱系數(shù)提高2倍，應(yīng)加多少個(gè)罩？假如l／d＝100，為使豎管的平均外表傳熱系數(shù)及水平管一樣，需加多少個(gè)罩？解：設(shè)加罩前平均外表傳熱系數(shù)為，加罩后為，那么有：那么，及欲使，應(yīng)有，設(shè)需把直管等分為幾段才能使全管平均換熱系數(shù)及水平管一樣，那么有：＝，即：，段，即共需17-1＝16各泄出罩。7-18,如附圖所示，容器底部溫度為tw(＜ts＝，并保持恒定，容器側(cè)壁絕熱。假定蒸汽在凝聚過(guò)程中壓力保持不變，試導(dǎo)出凝聚過(guò)程中每一時(shí)刻底部液膜厚度δ的計(jì)算式，在你的推導(dǎo)過(guò)程中，“容器側(cè)壁絕熱〞這一條件起了什么作用？解：據(jù)給定得條件，從汽－液分界面上釋放出得汽化潛熱均通過(guò)液瞙得導(dǎo)熱而傳究竟面上的，于是有：，其中為時(shí)間，將此式對(duì)作積分，并利用，的條件，得。此式說(shuō)明液瞙厚度及成正比。容器側(cè)壁絕熱使此題可以按一維無(wú)限大平壁導(dǎo)熱問(wèn)題處理。沸騰換熱7-19,直徑為6mm的合金鋼元在98℃水中淬火時(shí)的冷卻曲線如附圖所示。鋼元初溫為800℃。。試分析曲線各段所代表的換熱過(guò)程的性質(zhì)。解：AB段鋼元的溫度隨時(shí)間的變化比擬平緩，代表了瞙態(tài)沸騰區(qū)的換熱特性，BC段的上半部鋼元溫度隨時(shí)間而急劇下降，呈現(xiàn)出核態(tài)沸騰的特點(diǎn)，而到BC段的下部，溫度曲線再次變得平緩，反響出對(duì)流換熱漸漸進(jìn)入以自然對(duì)流為主得區(qū)域。7-20,平均壓力為Pa的水，在內(nèi)徑為15mm的銅管內(nèi)作充分開(kāi)展的單相強(qiáng)制對(duì)流換熱。水的平均溫度為100℃，壁溫比水溫高5℃。試問(wèn)：當(dāng)流速多大時(shí)，對(duì)流換熱的熱流密度及同壓力,同溫差下的飽和水在銅外表下作大容器核態(tài)沸騰時(shí)的熱流密度相等解：時(shí)，℃，對(duì)應(yīng)水的物性依據(jù)公式＝由題意，要使二者熱流密度相等，在溫差一樣狀況下，必需外表傳熱系數(shù)h相等。對(duì)管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流而所以而所以。7-21,當(dāng)液體在肯定壓力下作大容器飽和核態(tài)沸騰時(shí)，欲使外表傳熱系數(shù)增加10倍．溫差(tw-ts)應(yīng)增加幾倍假如同一液體在圓管內(nèi)作單相揣流換熱(充分開(kāi)展區(qū))，為使外表傳熱系數(shù)提高10倍，流速應(yīng)增加多少倍？為維持流體流淌所消耗的功將增加多少倍設(shè)物性為常數(shù)。解：(1)大容器飽和沸騰(2)管內(nèi)湍流答：大容器飽和沸騰外表傳熱系數(shù)增加10倍．壁面過(guò)熱度是原值的2.69倍。圓管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流傳熱外表傳熱系數(shù)增加10倍，流速是原值的17.78倍，這時(shí)流體的驅(qū)動(dòng)功率是原值的5620.8倍。7-22直徑為5cm的電加熱銅棒被用來(lái)產(chǎn)生壓力為3.61X105Pa的飽和水蒸汽,銅棒外表溫度高于飽和溫度5℃，問(wèn)須要多長(zhǎng)的銅棒才能維持90kg／h的產(chǎn)汽率解：再3.61×105Pa的壓力下，水的物性參數(shù)為：，，，，，，，，于是有：，由此解得：q＝40770W/m2，不考慮從過(guò)冷水加熱到飽和水所需消耗的熱量，把20kg飽和水變成飽和蒸汽所需的熱量為20×2144.1×103，因而加熱棒之長(zhǎng)為：。7-23,一銅制平底鍋底部的受熱面直徑為30cm，要求其在1.013×105Pa的大氣壓下沸騰時(shí)每小時(shí)能產(chǎn)生2.3kg飽和水蒸氣。試確定鍋底干凈時(shí)其及水接觸面的溫度。解：ts=100℃時(shí)水的物性參數(shù)為，，，，，，，，，7-24,一臺(tái)電熱鍋妒，用功率為8kw的電熱器來(lái)產(chǎn)生壓力為1.43X105Pa的飽和水蒸汽。電熱絲置于兩根長(zhǎng)為1.85m,外徑為15mm的鋼管內(nèi)(經(jīng)機(jī)械拋光后的不銹鋼管)，而該兩根鋼管置于水內(nèi)。設(shè)所參與的電功率均用來(lái)產(chǎn)生蒸汽，試計(jì)算不銹鋼管壁面溫度的最高值。鋼管壁厚1.5mm，導(dǎo)熱系數(shù)為10w／(m·K)。解：由條件可得，熱流密度，在1.43×105Pa壓力下：代入式〔6-17〕有：＝7.37℃，℃。不銹鋼管內(nèi)的熱量都是通過(guò)內(nèi)壁面導(dǎo)出的，導(dǎo)熱溫差：最高壁溫位于內(nèi)壁面上，其值為127.4＋7.68＝135.1℃。7-25,直徑為30mm的鋼棒(含碳約1.5％)在100℃的飽和水中淬火。在冷卻過(guò)程中的某—瞬間，棒外表溫度為110℃,試估算此時(shí)棒外表的溫度梯度。沸騰換熱外表傳熱系數(shù)可按式(6－15)估計(jì)。解：，這一對(duì)流換熱量系通過(guò)工作外表里層的導(dǎo)熱而傳遞到工作外表上，故有：，，負(fù)號(hào)表示溫度沿半徑方向減少。7-26始終徑為3.5mm,長(zhǎng)100mm的機(jī)械拋光的薄壁不銹鋼管，被置于壓力為1.013X105Pa的水容器中，水溫已接近飽和溫度。對(duì)該不銹鋼管兩端通電以作為加熱外表。試計(jì)算當(dāng)加熱功率為1.9W及100W時(shí)，水及鋼管外表間的外表傳熱系數(shù)值。解：(1)當(dāng)加熱功率為1.9W時(shí)。這樣低的熱流密度仍處于自然對(duì)流階段。此時(shí)溫差一般小于4℃。由于計(jì)算自然對(duì)流的外表傳熱系數(shù)須要知道其壁面溫度，故此題具有迭代性質(zhì)。先假定溫差℃定性溫度℃物性參數(shù)故所以及相差達(dá)12.7％，故需重新假定△t。考慮到自然對(duì)流即在物性根本不變時(shí)．正確的溫差按下式計(jì)算：而即(2)當(dāng)時(shí)，假定進(jìn)入核態(tài)沸騰區(qū)，依據(jù)公式驗(yàn)證此時(shí)的過(guò)熱度確實(shí)在核態(tài)沸騰區(qū)。7-27,式(7-17)可以進(jìn)—步簡(jiǎn)化成，其中系數(shù)C取決于沸騰液體的種類,壓力及液體及固體外表的組合。對(duì)于水在拋光的銅,鉑及化學(xué)蝕腐及機(jī)械拋光的不銹鋼外表上的沸騰換熱，式(7-17)中的均可取為0.013。試針對(duì),,,,下的大容器沸騰,計(jì)算上述情形中的系數(shù)C，且進(jìn)—步把系數(shù)C擬合成壓力的冪函數(shù)形式，并及式(6－16)比擬。解：把式〔6-17〕寫(xiě)成的形式，可得：P/〔bar〕1.0134.7610.0319.0839.78Cpl/［KJ/〔kg.K〕］4.224.3134.4174.5554.844prl1.751.171.000.910.86μl×106/［kg/〔m.s〕］282.5186.4153.0130.5169.9r×10-3/〔J/kg〕2257.12113.12021.01898.31714.5ρl/〔kg/m3〕958.4917.0886.9852.3799.0ρvl/〔kg/m3〕0.59772.5485.1609.59319.99σ×104/〔N/m〕588.6486.6422.8354.1261.9C4.99727.12798.40979.612411.352用最小二乘法擬合得，p的單位為bar。7-28,在全部的對(duì)流換熱計(jì)算式中．沸騰換熱的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式也許是分歧最大的。就式(6—17)而言,用它來(lái)估計(jì)q時(shí)最大誤差可達(dá)100％。另外，系數(shù)確實(shí)定也是引起誤差的一個(gè)方面。今設(shè)在給定的溫差下，由于的取值偏高了20％，試估算熱流密度的計(jì)算值會(huì)引起的偏差。假如規(guī)定了熱流密度，那么溫差的估計(jì)又會(huì)引起多大的偏差？通過(guò)詳細(xì)的計(jì)算來(lái)說(shuō)明。解：〔1〕由于其它條件不變，給出么計(jì)算時(shí)，應(yīng)有，即％，即偏低42.5％?！?〕當(dāng)給定q，由式〔6-17〕確定時(shí)，Cwl的誤差及的誤差成線性關(guān)系。7-29,用直徑為1mm,電阻率的導(dǎo)線通過(guò)盛水容器作為加熱元件。試確定，在ts=100℃時(shí)為使水的沸騰處于核態(tài)沸騰區(qū)，該導(dǎo)線所能允許的最大電流。解：按下題的計(jì)算，到達(dá)臨界熱流密度時(shí)，每米長(zhǎng)導(dǎo)線上總換熱量 ＝3.1416×0.001×1.1×106＝3456W，每米長(zhǎng)導(dǎo)線的電阻：，按Ohm定律，,7-30,在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)展壓力為1.013X105Pa的大容器沸騰試驗(yàn)時(shí)，采納大電流通過(guò)小直徑不銹鋼管的方法加熱。為了能在電壓不高于220v的情形下演示整個(gè)核態(tài)沸騰區(qū)域，試估算所需的不銹鋼管的每米長(zhǎng)電阻應(yīng)為多少，設(shè)選定的不銹鋼管的直徑為3mm，長(zhǎng)為l00mm。解：，，，，。到達(dá)臨界熱流密度時(shí)，換熱總量：依據(jù)ohm定律，，故該件的電阻，即每米長(zhǎng)電阻應(yīng)為。7-31,試計(jì)算當(dāng)水在月球上并在105Pa及10X105Pa下作大容器飽和沸騰時(shí)，核態(tài)沸騰的最大熱流密度(月球上的重力加速度為地球的1／6)比地球上的相應(yīng)數(shù)值小多少？解：按式〔6-20〕，～，地球上時(shí)，，故月球上該壓力下；在壓力為時(shí)，，，，。兩種情形下月球的均為地球上相應(yīng)情形下的倍。7-32,在一氨蒸發(fā)器中，氨液在—組水平管外沸騰，沸騰溫度為-20℃。假設(shè)可以把這—沸騰過(guò)程近似地作為大容器沸騰對(duì)待，試估計(jì)每平方米蒸發(fā)器外外表所能承當(dāng)?shù)淖畲笾评淞俊?20℃時(shí)氨從液體變成氣體的相變熱(潛熱)，外表張力密度。解：℃時(shí)，。由式〔6-20〕得：7-33,—直徑為5cm,長(zhǎng)10cm的鋼柱體從溫度為1100℃的加熱爐中取出后，被水平地置于壓力為1.013X105Pa的盛水容器中(水濕已近飽和)。試估算剛放入時(shí)工件外表及水之間的換熱量及工件的平均溫度下降率。鋼的密度，比熱容，放射率。解：工件置于水容器得瞬間形成了穩(wěn)定得瞙態(tài)沸騰，，由式〔6-21〕，得輻射換熱系數(shù)按式〔8-16〕計(jì)算：故?？倱Q熱量：工作得熱容量。故平均的溫度下降率為5048/718.89＝7.02℃/s。7-34如附圖所示，在軋制鋼板的過(guò)程中，當(dāng)鋼板離開(kāi)最終一副軋滾后，用水(冷卻介質(zhì))沖射到鋼板上進(jìn)展冷卻，然后再卷板。由于鋼板溫度很高，水膜離開(kāi)噴嘴不遠(yuǎn)即在其下形成汽膜。不考慮運(yùn)動(dòng)的影響，并把鋼板看成直徑為1.1m的圓柱外表。試估計(jì)每平方米鋼板及水的貼壁射流間的換熱量。鋼板外表的溫度900K，放射率為0.50。解：用瞙態(tài)沸騰換熱的公式，，取℃，℃，℃，7-35,水在1.013x105Pa的壓力下作飽和沸騰時(shí)，要使直徑為0.1mm及1mm的汽泡能在水中存在并長(zhǎng)大，加熱面旁邊水的過(guò)熱度各為多少(利用克拉貝龍方程導(dǎo)出最小汽泡半徑算式的過(guò)程，可見(jiàn)本書(shū)第一版4－4節(jié)。)解：氣泡內(nèi)介質(zhì)及四周流體到達(dá)熱平衡時(shí)，有，即，要使氣泡長(zhǎng)大，應(yīng)使，100℃時(shí)，有：，因而：當(dāng)R＝1mm，．綜合分析7-36,—種冷卻大規(guī)模集成電路塊的方法的示意圖如附圖所示。集成電路塊被浸入一種低沸點(diǎn)的非電介質(zhì)中，該介質(zhì)受熱沸騰后所產(chǎn)生的蒸汽在其上部空間的豎直外表上凝聚。這些外表的溫度tc維持在低于飽和溫度的溫度上。今有假設(shè)干塊面積為25mm2的集成電路塊浸入一種制冷刑中。ts＝50℃，制冷劑物性為，，，，，，，，，集成電路塊的外表溫度tw＝70℃。冷凝外表的溫度t0=15℃(采納其他冷卻劑對(duì)其進(jìn)展冷卻而得以維持)，每個(gè)冷凝外表高45mm。試確定：(1)每個(gè)集成電路塊的發(fā)熱量；(2)冷卻200個(gè)集成電路塊總的所須要的冷凝外表面積(m2)。解：〔1〕按Rohsenow公式，把物性和代入得：，假設(shè)200塊芯片相互不干擾，那么：〔2〕所需面積為：。7-37,平均溫度為15℃,流速為1.5m／s的冷卻水，流經(jīng)外徑為32mm,內(nèi)徑為28mm的水平放置的銅管。飽和壓力為0.024xl05Pa的水蒸汽在銅管外凝聚，管長(zhǎng)1.5m。試計(jì)算每小時(shí)的凝聚水量(銅管的熱阻可不考虜)。解：此題須要假設(shè)壁溫，正確的壁溫值應(yīng)使管內(nèi)及管外的對(duì)流換熱量相等。管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)按式〔5-54〕計(jì)算，15℃的水物性為：設(shè)℃，℃，，，，，及之差大于3％；改設(shè)=25.6℃，那么物性變化甚微，及可以認(rèn)為不變，于是：及之差小于2％，取，冷凝水量：。7-38,熱虹吸管(又稱重力熱管)是一種封閉,豎直放置的容器，其沸騰段汲取的熱量在其冷凝段放出，如附圖所示。今用拋光的不銹鋼制成一熱虹吸管，d＝20mm,，。設(shè)1.013xlo5Pa壓力下的飽和水在沸騰段沸騰．熱流密度q是臨界熱流值的30％。試計(jì)算：(])沸騰段的平均壁溫twb；(2)凝聚段的平均壁溫twc；(3)冷凝液的質(zhì)量流量(kg／s)。解：設(shè)冷凝段液膜為層流，且按平壁公式計(jì)算，計(jì)算溫度取為100℃，熱虹吸管頂管絕熱，〔1〕沸騰段熱負(fù)荷取的30％：。應(yīng)用Rohsenow公式，取，，，沸騰段總換熱量：〔2〕冷凝段：，這一溫度及假定值相差太大，影響到物性計(jì)算，重設(shè)℃，計(jì)算液膜的定性溫度為℃，查得，，，，，。通過(guò)類似計(jì)算得，可見(jiàn)對(duì)的影響不大?！?〕冷凝液量：。7-39,為了查明某種肋片管的對(duì)流換熱性能，在傳熱風(fēng)洞中進(jìn)展了空氣橫掠單排肋片管的試驗(yàn)。肋片管豎直布置，試驗(yàn)段高30cm，在同一迎風(fēng)面上布置了5排管子，肋片管基圓直徑為20mm，內(nèi)徑為16mm，管內(nèi)以壓力為1.013x105Pa的飽和水蒸汽凝聚來(lái)加熱管外氣流。在—次試驗(yàn)中測(cè)得以下參數(shù)：空氣的平均溫度為30℃，總換熱量為2100W。肋片管的熱阻可以忽視，管內(nèi)凝聚可近似地以飽和溫度作為定性溫度．端部散熱亦略而不計(jì)。試確定在試驗(yàn)條件下，以基圓面積為計(jì)算依據(jù)的肋片管的外表傳熱系數(shù)。解：按給定條件，管內(nèi)水蒸汽凝聚換熱量等于管外空氣換熱量。每根管子的凝聚換熱量為，把100℃時(shí)水物性值代入式〔6-10〕，得：由得：℃，內(nèi)壁溫度：℃，略去壁面熱阻不計(jì)，那么外壁平均值亦為此值，故外外表平均換熱系數(shù)：。7-40,氟里昂152a是一種可能替代氟里昂12的綠色制冷劑．為了測(cè)定其相變換熱性能進(jìn)展了特地的凝聚換熱的試驗(yàn)探討。該冷凝器試驗(yàn)臺(tái)系用兩根布置在同一水平面內(nèi)的黃銅管組成，管內(nèi)用水冷卻。為增加冷卻水進(jìn)出口溫差以提高測(cè)定的精確性，水系統(tǒng)中兩根黃銅管是串聯(lián)的。冷卻水由入口處的15℃上升到出口處的17℃。黃銅管的外徑為20mm,管壁厚為2mm，長(zhǎng)為1m，氟里昂152a的冷凝溫度為30℃。試確定在該工況下的平均水速及管壁兩側(cè)按總面積計(jì)算的相對(duì)熱阻的大小。解：采納試湊法，水側(cè)℃，，，，，，。估計(jì)熱阻之比約為1：25，氟側(cè)溫差10℃，℃，℃，查物性，計(jì)算流程〔略去管壁熱阻〕：設(shè)一個(gè)流速水側(cè)換熱量外側(cè)熱流密度外側(cè)外側(cè)溫度內(nèi)側(cè)溫度對(duì)流換熱量，假如=，那么此流速即為所求。內(nèi)側(cè)：，；外側(cè)：，，，所以，熱阻之比：，R152a為水的2.15倍。7-41—根外徑為25mm,外壁平均壁溫為14℃的水平管道，穿過(guò)室溫為30℃,相對(duì)濕度為80％的房間。在管壁外外表上水蒸氣作膜狀凝聚，試估算管子每米長(zhǎng)度上水蒸氣的凝聚量，并分析：及實(shí)際狀況相比，這一估算值是偏高還是偏低？解：相對(duì)濕度為80％，因而從凝聚觀點(diǎn)有20％的不凝聚氣體即空氣。先按純凈蒸氣凝聚來(lái)計(jì)算。30℃的飽和水蒸氣壓力：此時(shí)水蒸氣分壓力其對(duì)應(yīng)飽和溫度為26.3℃液膜平均溫度℃凝液物性參數(shù)，，汽化潛熱外表傳熱系數(shù)故每米長(zhǎng)管道上的換熱量相應(yīng)凝聚量：由于不凝氣體的存在，實(shí)際凝液量低于此值7-42,在一個(gè)氟里昂134a的大容器沸騰試驗(yàn)臺(tái)中，以直徑為12mm,機(jī)械拋光的不銹鋼管作為加熱外表，其內(nèi)為水蒸氣凝聚放熱。在一次試驗(yàn)中，氟里昂134a的沸騰溫度為30℃，加熱外表溫度為35℃。試確定此時(shí)氟里昂134a的沸騰換熱狀態(tài)及沸騰換熱外表傳熱系數(shù)。假設(shè)換熱段長(zhǎng)15cm，水蒸氣壓力為0.07375x105Pa，問(wèn)所需的水蒸氣量力多少？。解：設(shè)處于核態(tài)沸騰狀態(tài)，利用Rohsenow公式，物性參數(shù)為：，，，驗(yàn)算：。，水蒸氣7-43,在一臺(tái)氟里昂152a的蒸發(fā)器中．氟里昂152a在水平管束外沸騰，飽和溫度為-30℃。為使蒸發(fā)器能平安有效地工作，規(guī)定其最大熱流密度不得超過(guò)臨界熱流密度的一半，試確定此時(shí)單位管長(zhǎng)上的最大制冷量。蒸發(fā)管外徑為22mm。。解：R152a-30℃時(shí)物性為：，，7-44,—種冷卻計(jì)算機(jī)芯片的方式如附圖所示：芯片置于一熱虹吸管的底部，通過(guò)制冷劑的沸騰汲取其散出的熱量，在熱虹吸管的上部通過(guò)凝聚換熱而把熱量傳遞給冷卻水。工質(zhì)為R134a，芯片處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，其發(fā)熱率設(shè)計(jì)為工質(zhì)臨界熱流密度為90％，芯片尺寸為20mmx20mm，直徑d=30mm，冷凝段壁溫為tw＝30℃。試計(jì)算芯片的外表溫度及冷凝段長(zhǎng)度l。沸騰溫度為50℃，其時(shí)ρv＝66.57kg／m3，γ＝5.26×10-3N／m。解：，，，。采納式〔6-19〕計(jì)算，，，，50℃時(shí)，，按40℃計(jì)算凝聚換熱：，，7-45,一種同時(shí)冷卻多個(gè)芯片模塊的方法如附圖所示。冷凝管內(nèi)徑d＝10mm，外徑d0=11mm，水平放置，進(jìn)水溫度為15℃,出水溫度為45℃，芯片所產(chǎn)生的熱量均通過(guò)尺寸為100mmX100mm的沸騰換熱外表〔拋光的銅外表)散失掉，其散熱率為105w／m2。冷卻劑溫度ts＝57℃，＝0.0535W／(m2·K)，＝1100J／(kg·K)，r=84400J／kg，，=13.5kg／m3，＝8.2×10-3N／m，kg/(m·s),＝0.013。s＝1．7，。管內(nèi)冷卻水的流淌及換熱已進(jìn)入充分開(kāi)展階段。試確定：(1)所需的冷卻水量；(2)平均的冷凝管壁面溫度；(3)平均的沸騰外表溫度；(4)所需冷卻水管的長(zhǎng)度。冷凝管壁很薄．導(dǎo)熱熱阻可以不計(jì)。解：〔1〕依據(jù)式〔6-17〕：，〔2〕，水的定性溫度：℃?！?〕冷凝壁面溫度，利用水管公式，，，利用D-B公式計(jì)算：即，。另一方面：，經(jīng)試湊計(jì)算，得℃。驗(yàn)算：水側(cè)；制冷劑側(cè)，沸騰外表平均溫度℃；冷凝外表平均溫度℃；冷卻水量；冷凝段長(zhǎng)度。7-46,一種測(cè)定沸騰換熟外表傳熱系數(shù)的試驗(yàn)裝置見(jiàn)附圖。試驗(yàn)外表系一銅質(zhì)圓柱的斷面(λ=400W(m·K))，在x1＝10mm及x2＝25mm處安置了兩個(gè)熱電偶以測(cè)定該處的溫度。柱體四周絕熱良好。在一穩(wěn)態(tài)工況下測(cè)得了以下數(shù)據(jù)：t1＝133.7℃，t2＝158.7℃，試確定：(1)式(6－17)中的系數(shù)；(2)式(6—19)中要用到的換熱外表的之值。解：〔1〕按一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱處理，一個(gè)大氣壓下飽和水物性：，=0.5977kg／m3，＝588.6×10-4N／m，J/kg,，(2)式〔6-19〕，，7-47,一塊厚的硅芯片用飽和溫度為50℃的制冷劑冷卻，芯片的，芯片底面上的電路產(chǎn)生的功率在硅片的上外表上形成了一個(gè)勻稱的熱流密度q＝55X104W／m2，硅片的側(cè)面及底面絕熱良好。制冷劑，，，，，，。，，，試計(jì)算芯片底面溫度。芯片底面上的電路可近似地看成厚0.05mm,具有勻稱內(nèi)熱源的薄層。解：如下圖：利用式〔6-17〕計(jì)算：由通過(guò)芯片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱確定：電路層中的導(dǎo)熱是有內(nèi)熱原的平板導(dǎo)熱，據(jù)二章五節(jié)，有：，7-48,隨著空間飛行技術(shù)的開(kāi)展，零重力下的傳熱問(wèn)題探討越來(lái)越得到重視，其中零重力下的凝聚及沸騰是一個(gè)重要的課題。對(duì)于管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流凝聚，在零重力下可以認(rèn)為液膜勻稱地分布在管子四周并不斷地沿流淌方向增厚，直到全部凝聚(見(jiàn)附圖)。設(shè)在6－1節(jié)的分析中，假設(shè)(1),(3),(4),(5),(6)及(8)仍成立。同時(shí)設(shè)：(1)同一截面的汽,液壓力勻稱，壓力只沿軸向變化；(2)在汽—液相界面存在蔚切應(yīng)力。試：(1)列出液膜中的動(dòng)量守恒,質(zhì)量守恒及能量守恒方程；(2)寫(xiě)出y＝0及y＝處速度及溫度的邊界條件；(3)求解動(dòng)量方程得出軸向流速u(mài)的分布及其平均值的計(jì)算式(式中可包含壓力梯度及界面切應(yīng)力)。解：〔1〕液膜動(dòng)量方程：〔a〕質(zhì)量守恒：〔b〕能量守恒：〔c〕，〔2〕，，；，〔汽/液界面應(yīng)力〕?！?〕對(duì)〔a〕積分兩次并引入邊界條件，可得速度分布：平均流速：。7-49,,：有儀銅-水熱管，外徑，內(nèi)徑;蒸發(fā)段長(zhǎng)0.4m，外壁溫度為；冷凝段長(zhǎng)0.4m，外壁溫度為，絕熱段長(zhǎng)0.5m。設(shè)蒸發(fā)及凝聚得外表傳熱系數(shù)分別為,,蒸發(fā)段及冷凝段的管外外表傳熱系數(shù)均為90。試計(jì)算該熱管的內(nèi)部熱阻在傳熱過(guò)程總熱阻中的比例。解：如圖：內(nèi)部熱阻＝7-50,一尺寸為10mm×10mm,發(fā)熱量為100W的大規(guī)模集成電路，其外表最高允許溫度不能高于75度，環(huán)境溫度為25度，試設(shè)計(jì)一能采納自然對(duì)流來(lái)冷卻該電子元件的熱管冷卻器。解：可采納以下圖冷卻裝置。冷凝段壁溫近似按75℃計(jì)，翅片尺寸為0.15×0.06㎡，10片，其散熱面積2×10×0.15×0.06＝0.18㎡，按自然對(duì)流豎壁計(jì)算，，輻射換熱按空腔內(nèi)包物體模型估計(jì)，設(shè)翅片外表，考慮到輻射計(jì)算中未計(jì)算翅片間的輻射，因而上述構(gòu)造可以認(rèn)為能滿意在自然對(duì)流狀況下散發(fā)100W熱量的要求。7-51,一冷,熱流體的流淌布置如下圖的熱管換熱器，可以看成是一種特別的間壁式換熱器。熱流體從被冷卻到，而冷流體從被加熱到。試分析計(jì)算冷,熱流體間平均溫差的方法。解：按逆流計(jì)算。7-52,有一臺(tái)煙氣-空氣換熱器如下圖。煙氣