中南大學(xué)傳遞過程原理--習(xí)題---解答

1、中南大學(xué)傳遞過程原理-習(xí)題-解答 傳遞過程原理 習(xí)題（部分）解答 2014-12-19 1 第一篇 動量傳遞與物料輸送 3、流體動力學(xué)基本方程 P67. 1-3-12. 測量流速的pitot tube如附圖所示，設(shè)被測流體密度為，測壓管內(nèi)液體的密度為1，測壓管中液面高度差為h。證明所測管中的流速為：v= 2gh(1?1) 解：設(shè)點1和2的壓強分別為P1和P2，則 P1+gh=P2+1gh，即P1-P2=（1-）gh 在點1和點2所在的與流體運動方向垂直的兩個面1-1面和2-2面之間列Bernoulli equation: ?1?=?2?+?22即?1?2?=?22 ( for turbulen

2、t flow) 將式代入式并整理得： ?1v= 2gh(?1) 2 1-3-15. 用離心泵把20的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。各部分相對位置如附圖所示。管路直徑均為762.5mm，在操作條件下，泵入口處真空表讀數(shù)為24.66103Pa；水流經(jīng)吸入管和排出管（不包括噴頭）的能量損失分別按hf,1=22和hf,2=102計，由于管徑不變，故式中為吸入管和排出管的流速（m/s）。排水管與噴頭連接處的壓力為9.807104Pa（表壓）。試求泵的有效功率。 解：查表得，20時水的密度為998.2kg/m3；設(shè)貯槽液面為1-1面，泵入口處所在的與流體運動方向垂直的面為2-2面，排水管與噴頭

3、連接處的內(nèi)側(cè)面為3-3面，以貯槽液面為水平基準(zhǔn)面，則 (1) 在1-1面和2-2面之間列Bernoulli方程，有 0=1.5g+?真空?+?22+2?2 ( for turbulent flow) 將已知數(shù)據(jù)帶入：0=1.59.81-24660/998.2+2.52 得到2=3.996（即=2 m/s） (2) 在1-1面和3-3面之間列Bernoulli方程：即 3 ?=14?+?22+ ?,1+ ?,2( for turbulent flow) 代入已知數(shù)據(jù)得： We=149.81+98070/998.2+12.53.996=285.54J/kg (3) 根據(jù)泵的有效功率Ne=QvWe=

4、AWe=998.22(3.140.0712/4)285.54=2255.80 J/s Re=du/=0.0712998.2/(100.4210-5)=1.41105湍流假設(shè)成立！ 1-3-16.用壓縮空氣將密度為1100kg/m3的腐蝕性液體自低位槽送到高位槽，設(shè)兩槽的液面維持恒定。管路尺寸均為603.5mm，其他尺寸見附圖。各管段的能量損失為hf,AB=hf,CD=2，hf,BD=1.182。兩壓差計中的指示液均為水銀。試求當(dāng)R1=45mm、h=200mm時：（1）壓縮空氣的壓力P1為若干？（2）U形管壓差計讀數(shù)R2為多少？ 解：設(shè)低位貯槽液面為1-1面，B點所在的與流體運動方向垂直的面為2

5、-2面，C點所在的與流體運動方向垂直的面為3-3 面，高位槽的 4 液面為4-4面。 (1) PB+gR1=PC+5g+HggR1，代入數(shù)據(jù)后得到： PB-PC=511009.81+136009.810.045-11009.810.045 =59473 Pa (2) 在2-2面和3-3面之間列Bernoulli方程，有： ?=5?+?+0.18?2 將式整理、并將式代入后，得：59473/1100=59.81+0.182 由此得出：2=27.866 (=5.28m/s) (3) 在1-1面和4-4面之間列Bernoulli方程，有： ?1=10?+2.18?2 由此得: P1=(109.81+

6、2.1827.866)1100=174733 Pa=1.74105 pa(gauge pressure) (4) 在2-2面和4-4面間列Bernoulli方程，有： ?2+=7?+1.18?2 由此可得出：PB=79.81+(1.18-0.5)27.8661100=96382 Pa (5) 根據(jù)流體靜力學(xué)原理，由圖可知， PB= 得： 96382=136009.81R2+11009.810.2 得出：R2=0.706 m=706mm 5 HggR2+gh，代入數(shù)據(jù) 1-3-19.在圖示裝置中，水管直徑為573.5mm。當(dāng)閥門全閉時，壓力表讀數(shù)為0.3大氣壓，而在閥門開啟后，壓力表讀數(shù)降至0.

7、2大氣壓，總壓頭損失為0.5。求水的流量為若干m3/h? 解：據(jù)題意，設(shè)水槽液面為1-1面，出水管出水端內(nèi)側(cè)面為2-2面，以出水管中軸線為水平基準(zhǔn)面。 （1）當(dāng)閥門全閉時，據(jù)流體靜力學(xué)原理，可得：水槽液面的高度為3米； 閥門開啟后，在1-1面和2-2面之間列Bernoulli equation: 3=?+?2 2?+0.5，代入數(shù)據(jù)得： 3=20000/(10009.81)+2/(29.81)+0.5 得出：=3 m/s （2）水的流量Qv=A=30.253.140.0523600=21.20 m3/h （3）Re=du/=0.0531000/(100.4210-5)=1.51052300 屬

8、于湍流 1-3-21.本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑為2m，槽底與內(nèi)徑為32mm的鋼管相連，槽內(nèi)無液體補充，其液面高度h1為2m（以管子中心線為基準(zhǔn)） 。 6 液體在管內(nèi)流動時的全部能量損失可按hf=202公式計算，式中為液體在管內(nèi)的流速（m/s）。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降1m時所需的時間。 解：屬于不穩(wěn)定流動。 設(shè)在某時刻t，貯槽液面下降至高度為h處。在貯槽的瞬時液面1-1面與管子出口內(nèi)側(cè)截面2-2面間列Bernoulli方程，設(shè)液體在管內(nèi)流動為湍流，速度的校正系數(shù)為1，則： （1）在1-1面和2-2面間列Bernoulli方程，得 ?=?22+20?2，即 9.81h=20.52由此得出u=0.69 （

9、2）由瞬時物料衡算，有 ?2?=?2?，即dt=?(2 44? 將式代入式，得： dt=?(2?=?（2 0.032）2? 確定邊界條件：t=0時，h0=h1=2m, t=t時, h1=1m，對式積分得： t=-56612(1? 約1.3h) 7 5. 流體流動阻力與管路計算 P99. 1-5-2. 某輸水管路，水溫為10，求：（1）當(dāng)管長為6m，管徑為763.5mm，輸水量為0.08 L/s時的阻力損失；（2）當(dāng)管徑減小為原來的1/2時，若其他條件不變，則阻力損失又為多少？ 解：(1) 據(jù)題意，l=6m, d=76-7=69mm=0.069m, Qv=0.08L/s=0.08/1000m3/

10、s=810-5m3/s, 查表得10水的密度和粘度分別為999.7kg/m3和130.5310-5Pa.s, 則 Qv=0.253.140.0692u, 得出：流速u=810-5/(0.253.140.0692)=2.1410-2m/s Re=ud/=999.72.1410-20.069/(130.5310-5)=1131 laminar flow 因此，直管沿程阻力系數(shù)=64/Re=64/1131=0.057 阻力損失為：?=? 10-3J/kg (2) 當(dāng)管徑縮小為原來的一半, 其他條件不變時，流速將變?yōu)樵瓉淼?倍，Re 將變?yōu)樵瓉淼?倍，即Re=11312=2262<2300 la

11、minar flow 此時沿程阻力將變?yōu)樵瓉淼?6倍，即hf=1.1310-316=0.018J/kg 1-5-7.某冶金爐每小時產(chǎn)生20104 m3（標(biāo)準(zhǔn)）的煙氣，通過煙囪排至大氣，煙囪由磚砌成，內(nèi)徑為3.5m，煙氣在煙囪中的平均溫度為260，密度為0.6 kg/m3，粘度為0.02810-3 Pa.s。要求在煙囪下端維持160Pa的真空度，試求煙囪的高度。已知在煙囪高度范圍內(nèi)，大 8 ?2?2(6/0.069)0.5(2.1410-2)2=1.13 氣的平均密度為1.10 kg/m3，地面處大氣壓力為常壓（磚砌煙囪內(nèi)壁粗糙度較大，其摩擦阻力系數(shù)約為光滑管的4倍。） 解：據(jù)題意得： 煙氣平均

12、流速u=20104/(36000.253.143.52)=5.78 m/s Re=3.55.780.6/(0.02810-3)=4.34105>4000 查摩狄摩擦系數(shù)圖中流體力學(xué)的光滑管曲線得，Re數(shù)為4.34105時，摩擦系數(shù)光滑=0.014，由此得：=4光滑=0.056 設(shè)煙囪的高度為H，則煙氣的沿程阻力損失為： hf=0.056(H/3.5)0.55.7821+(1/273) 260=0.53H 煙囪頂端大氣的壓力P=1.19.81H=10.79 H Pa真空度 設(shè)煙囪下端截面為1-1面，煙囪頂端截面為2-2面，煙囪下端所在平面為基準(zhǔn)面，在1-1面和2-2面間列Bernoulli

13、方程： ?1?=?+?2?+ ?，代入數(shù)據(jù)得： -160/0.6=9.81H-10.79H/0.6+0.53H, 整理得：H35 m 1-5-8.水塔每小時供給車間90m3的水。輸水管路為1144mm的有縫鋼管，總長為160m（包括各種管件及閥門的當(dāng)量長度，不包括進出口損失）。水溫為25，水塔液面上方及出水口均為常壓。問水塔液面應(yīng)高出管路出水口若干米才能保證車間用水量。設(shè)水塔液面恒定不變，管壁粗糙度為0.1mm。 9 解：據(jù)題意得：水溫為25，查表得其密度為=996.9kg/m3, 粘度=90.2710-5 Pa.s, 輸水管直徑d=114-8=106mm=0.106m , l=160m, Q

14、v=90m3/h=90m3/3600s=0.025 m3/s, 則流速u=0.025/(0.253.140.1062)=2.83m/s 則：Re=0.1062.83996.9/(90.2710-5)=3.31105, 相對粗糙度/d=0.1/106=0.000943 查圖1-5-2得：摩擦系數(shù)=0.019 水輸送過程中能量損失總計為: hf=0.019(160/0.106)(0.52.832)= 114.84 J/kg 設(shè)水塔液面上方需超出管路出水口H米，水塔液面為1-1面，出水口內(nèi)截面為2-2面（設(shè)為水平基準(zhǔn)面），在此兩截面間列Bernoulli方程，得： g?=?22+ ?, 數(shù)據(jù)得：H=

15、(4+114.84)/9.81=12.11 m 10 1-5-10.為測定90彎頭的局部阻力系數(shù)，可采用本題附圖所示的裝置。已知AB段總管長為10m，管內(nèi)徑d為50mm，摩擦系數(shù)為0.03，水箱液面恒定。實驗數(shù)據(jù)為：AB兩截面測壓管水柱高差h為0.425m；水箱流出的水量為0.135m3/min。求彎頭局部阻力系數(shù)。 解：據(jù)題意得： Qv=0.135m3/min=0.135m3/60s=0.00225 m3/s, 則 管內(nèi)水的流速u=0.00225/(0.253.140.052)=1.15 m/s 沿程阻力損失為：0.03（10/0.05）(0.51.152) =3.97 J/kg 設(shè)點A、B

16、所在的截面分別為1-1面和2-2面，在1-1面和2-2面間列Bernoulli方程，有 ?=?+ ?, (忽略彎管的高度) 而PA-PB= gh, 由此得到：hf= gh=9.810.425=4.17 (0.51.152)+3.97=4.17, 整理后得到: =(4.17-3.97)/0.66=0.30 11 6、流體輸送機械 (p131) 欲用一離心泵將貯槽液面壓力為157kPa，溫度為40，密度為1100kg/m3，飽和蒸汽壓為7390Pa的料液送至某一設(shè)備，已知其允許吸上真空高度為5.5m，吸入管路中的動壓頭和能量損失為1.4m液柱，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?0.34mH2O柱。試求其安裝高度（已知

17、其流量和揚程均能滿足要求）。 解：已知：Pa=10.34mH2O，P0=157 kPa，Pv=7390Pa， Hs=5.5m液柱，(21/2g)+hf=1.4m料液=1100kg/m3，液柱 由于被輸送料液的溫度為40，則應(yīng)對允許吸上真空高度Hs進行修正，以換算成實際操作條件下的Hs，即 Hs=Hs+（Ha-10）-(Hv-0.24)998.21100998.21100 =5.5+(10.34-10)-(7390/(998.29.81)-0.24) =5.5+0.34-(0.75-0.24)0.907 =4.83m ?0?12 ?=+? 157000?10.349.81998.2=+4.83?

18、1.4=8.60 一般地，為了安全起見，泵的實際安裝高度比允許安裝高度8.60米小0.51.0米。 用泵將貯槽中的有機試劑以40m3/h的流速，經(jīng)1084mm的管子輸送到高位槽，如附圖所示。兩槽的液面差為20m，管子總 12 長（各種閥件的當(dāng)量長度均計算在內(nèi)）為450m。試分別計算泵輸送15和50的有機試劑所需的有效功率。設(shè)兩槽液面恒定不變，已知有機試劑在15和50下的密度分別為684 kg/m3和662kg/m3，粘度分別為6.2110-2Pa.s和5.2010-2Pa.s。 解：要求泵的有效功率Ne=QgH=QWe，則要求先求出揚程H或We。 已知：d=108-8=100mm=0.1m,

19、Q=40m3/h，則： 流速u=(40/3600)/(0.253.140.12)=1.42m/s Re15=du/=0.11.42684/(6.2110-2)=1563 15=64/1563=0.041 2215(l/d)(u/2)=0.041(150/0.1)(1.42/2)=62 J/kg hf15= Re50=du/=0.11.42662/(5.2010-2)=1807 50=64/1807=0.035 2250(l/d)(u/2)=0.035(150/0.1)(1.42/2)=52.9J/kg hf= 在1-1面（設(shè)為水平基準(zhǔn)面）和2-2面之間列Bernoulli方程，有： 13 We

20、=20g+hf15，即We=209.81+62=258.2 J/kg, 則泵的有效功率Ne15=QWe=(40/3600)684258.2=1.96 KW 同理，可求出Ne50=1.83KW 用泵將池中水（25）送至30m高的水塔。泵安裝在水面以上5m處。輸水管道采用1144mm、長1700m的鋼管（包括管件的當(dāng)量長度，但未包括進、出口能量損失）。已知該泵的輸水能力為35m3/h，設(shè)管道的相對粗糙度為0.02，泵的總效率為0.65，試求泵的軸功率。 解：已知Q=35m3/h=35/3600=0.0097 m3/s 管道內(nèi)徑d=114-8=106mm=0.106m, 則流速u=0.0097/(0

21、.253.140.1062)=1.1m/s 已知：/d=0.02, 總=0.65，L=1700m 查表得25下，水的動力粘度=（100.42+80.12）/2=90.2710-5Pa.s, 水的密度為=（998.2+995.7）/2=996.95kg/m3 14 則: Re=du/=0.1061.1996.95/(90.2710-5)=128,774>2300，turbulent flow！ 由/d=0.02，Re=128,774，查摩擦系數(shù)圖得：摩擦阻力系數(shù) =0.048 因此，hf=(L/d)(u2/2)=0.048(1700/0.106)(1.12/2)=465.7 J/kg 設(shè)水

22、池中水和水塔中水的液面分別為1-1面和2-2面，且設(shè)水池中水的液面為水平基準(zhǔn)面，在1-1和2-2面間列Bernoulli方程，有 We=35g+hf=359.81+465.7=809.05 J/kg 則泵的總功率N=(QWe)/總=(0.0097996.95 809.05)/0.65=12037W12KW 15 第二篇 熱量傳遞 1.導(dǎo)熱(Conductive heat transfer) P185. 2-1-13. 燃燒爐的內(nèi)層為460mm厚的耐火磚，外層為230mm厚的絕緣磚。若爐的內(nèi)表面溫度t1為1400，外表面溫度t3為100。試求導(dǎo)熱的熱流密度及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩層磚接觸良好，已

23、知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為1=0.9+0.0007t，絕緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為 2=0.3+0.0003t。兩式中的t可分別取各層材料的平均溫度，單位為，單位為W.m-1.-1。 設(shè)兩層磚間的界面溫度為t2=600，則 1=0.9+0.0007(1400+600)/2=1.6 2=0.3+0.0003(600+100)/2=0.405 ?=?12=1?312= =1400?100+ W/m2 =1400?20.28751520.5=1400?2 11400?2 求得t2=963。 計算所得值963與設(shè)定值600相差較大，因此設(shè)定t2=963，重新按照進行計算。此時，1=1.727，2=0.459，q=16

24、95 W/m2, t2=949。 計算所得值949與設(shè)定的963仍然相差14，可考慮再設(shè)定 16 t2=949，重復(fù)計算得：t2=949.2，與前一次設(shè)定值僅相差0.2，假設(shè)成立，計算結(jié)束。 因此，導(dǎo)熱的熱流密度為1688.3 W/m2，兩磚間的界面溫度為949。 Another solution：直接解方程！ 2-1-14. 厚200mm的耐火磚墻，導(dǎo)熱系數(shù)1=1.3 W.m-1.-1。為使每平方米爐墻熱損失不超過600W.m-2，在墻外覆蓋一層導(dǎo)熱系數(shù) 2=0.11W.m-1.的絕熱材料。已知爐墻兩側(cè)的溫度分別為1300和60，試確定覆蓋材料層的厚度。 據(jù)題意得，1=200mm=0.2m，

25、1=1.3 W.m-1.-1 設(shè)覆蓋層材料厚度為2，2=0.11W.m-1.-1 熱流密度q=600 W.m-2 q=?1 ?1+2?2=1300?601.3+20.11=600 求得，2=0.21 m=210 mm 2-1-17.某燃燒爐的平壁由下列三種磚依次砌成： 耐火磚：1=230mm，1=1.05 W.m-1.-1 絕熱磚：2=230mm，1=0.151 W.m-1.-1 普通磚：3=240mm，3=0.93 W.m-1.-1 若已知耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為1000，耐火磚與絕熱磚接觸處的溫度為940，而絕熱磚與普通磚接觸處的溫度不超過138。試問：（1） 17 絕熱層需幾塊絕熱磚？（2）普通

26、磚外側(cè)溫度為若干？ 本題屬于多層平壁的一維穩(wěn)定導(dǎo)熱問題。 （1）設(shè)絕熱層需要n快絕熱磚，則有： 1000?940 1.05=940?1380.151解之得：n=1.92 （2）由（1）可知，需要2塊絕熱磚，材料滿足設(shè)計要求，設(shè)此時普通磚外側(cè)溫度為t3，則有： 1000?940 1.05=1.051000?t3+0.151+ 0.93 解之得：n=34 2-1-19. 一爐墻平壁面積為12m2，由兩層耐火材料組成，內(nèi)層為鎂磚，其導(dǎo)熱系數(shù)為 系數(shù)為粘土-3-1-1Mg=4.3-0.4810tW.m.，外層為粘土磚，其導(dǎo)熱=0.698+0.5810-3t W.m-1.-1，兩層厚度均為0.25m，假

27、設(shè) 兩層緊密接觸，已知爐墻內(nèi)壁溫度為t1=1000，外表面溫度為t2=100，求熱流密度q及熱流量Q。 （1）屬于多層平壁穩(wěn)定一維導(dǎo)熱問題。設(shè)兩層耐火材料界面溫度為600，則 粘土-3Mg=4.3-0.4810（1000+600）/2=3.916 =0.698+0.5810-3（600+100）/2=0.901 18 ?=1000?100 3.916+0.901 q=2637 W.m-2，Q=263712=31644 W 驗算界面溫度：1000-316440.25/(3.91612)=831.7 （2）設(shè)界面溫度為831.7，重復(fù)上述步驟： -3=4.3-0.4810（1000+831.7）/

28、2=3.86 Mg粘土=0.698+0.5810-3（831.7+100）/2=0.968 ?=1000?100 3.86+0.968 q=2786W.m-2，此時界面溫度為：1000-2786（0.25/3.86）=819.6 （3）與假定的831.7仍相差較大，再重復(fù)計算一次： -3Mg=4.3-0.4810（1000+819.6）/2=3.863 粘土=0.698+0.5810-3（819.6+100）/2=0.965 ?=1000?100 3.863+0.965 q=2779.5 W.m-2，此時界面溫度為：1000-2779.5（0.25/3.863）=820.1試算結(jié)束。Q=277

29、9.512=33354 W 2-1-20.某熱風(fēng)管道，管壁導(dǎo)熱系數(shù)=58W.m-1.-1，內(nèi)徑d1=85mm，外徑d2=100mm，內(nèi)表面溫度t1=150，現(xiàn)擬用硅酸鋁纖維氈保溫，其導(dǎo)熱系數(shù)=0.0526W.m-1.-1，若要求保溫層外壁溫度不高于40，允許的熱損失為QL=52.3 W.m-1，試求硅酸鋁纖維氈保溫層的最小厚度。 本題屬于圓筒壁的一維穩(wěn)定導(dǎo)熱問題，據(jù)題意有： 19 圓筒壁：d1=85mm，d2=100mm，1=58W.m-1.，t1=150 硅酸鋁纖維氈：設(shè)其最小厚度為2，2=0.0526W.m-1.，t3=40 線熱流量QL=52.3 W.m-1， 則, 由圓筒壁的線熱流量計

30、算公式： ?= ?1?3 2?1 ? 2?1 + 2?2 ? 3?2 = 2?(150?40) 58 ? 42.5 + 0.0526 ? 3 50 由此求得r3=100 mm 硅酸鋁纖維氈保溫層的最小厚度為：r3-r2=100-50=50 mm 2-1-24. 某工廠用1705mm的無縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在管外包覆兩層絕熱材料，第一層為厚30mm的礦渣棉，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.065W.m-1.-1，第二層為厚30mm的石灰棉，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.21W.m-1.-1。管內(nèi)壁溫度為300，保溫層外表面溫度為40，管道長為50m。試求該管道的散熱量。 本題屬于多層圓筒壁的一維穩(wěn)定導(dǎo)熱問

31、題，據(jù)題意有： t1=300, t4=40, 無縫鋼管（碳鋼）的導(dǎo)熱系數(shù)為52 W.m-1.-1 Q= ?1?4 2?1? ? 2?1 + ?1 2?2? ?+ 3?2 + 2?3? ?+ 4?3 = 2?50 300?40 80 0.065 ? 85 0.21 ? 115 8164081640 =14186 W Results:金屬的導(dǎo)熱系數(shù)很大（通常金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)為 20 2.3420 W.m-1.-1）。由上述計算可知，若金屬壁不太厚時，其熱阻可以忽略不計。 2-1-27. 一雙層玻璃窗，寬1.1m，高1.2m，玻璃（熱導(dǎo)率 1=1.03W.m-1.-1）厚3mm，中間空氣隙（2=2

32、.6010-2W.m-1.-1）厚7mm。求其導(dǎo)熱熱阻，并與單層玻璃窗比較（設(shè)空氣隙僅起導(dǎo)熱作用）。 1）雙層玻璃窗： 最外層玻璃的熱阻： R1=/1A=0.003/(1.031.11.2)=0.002206 .W-1 中間空氣隙的熱阻： R1=/2A=0.007/(0.0261.11.2)=0.204 .W-1 因此，總導(dǎo)熱熱阻為： 0.0022062+0.204=0.2084 .W-1 2）單層玻璃窗： 導(dǎo)熱熱阻即為R1=0.002206 .W-1 單層玻璃窗的熱阻僅相當(dāng)于雙層玻璃窗熱阻的(0.002206/0.2084) 100=1.06% 21 2.對流傳熱 (Convective h

33、eat transfer) P219. 2-2-12. 水流過長l=5m的直管時，從入口溫度tf=15被加熱到出口溫度tf=45。管子內(nèi)徑d=20mm，水的流速u=2m.s-1。求對流傳熱系數(shù)。 Solution: 管內(nèi)流動時，取流體進、出口溫度的算術(shù)平均值，即水的定性溫度為t=(tf+tf)/2=30。 查表得，水的密度為=995.7kg/m3，水的粘度=80.1210-5Pa.s，導(dǎo)熱系數(shù)=0.6176 W.m-1.-1，普蘭特數(shù)Pr=5.42 則：雷諾數(shù)Re= du/=0.022995.7/(80.1210-5)=49710>104, 屬于管內(nèi)強制紊流 故可選用經(jīng)驗公式公式：=0.

34、023（/d）Re0.8Pr0.4 =0.023(0.6176/0.02)497100.85.420.4=0.02330.885716.871.97=7998.9 W.m-2.-1 因l/d=5/0.02=250>50, 不要考慮L; 題中未告知管壁溫度tw，可不考慮熱流方向的修正t！ 2-2-16.冷卻水在192mm，長為2m的鋼管中以1m.s-1的流速通過。水溫由288K升至298K。求管壁對水的對流傳熱系數(shù)。 Solution:定性溫度t=(15+25)/2=20 查表得：水=998.2 =100.4210-5Pa.s，=0.5985W.m-1.-1，普蘭 22 特數(shù)Pr=7.01

35、 則：雷諾數(shù)Re=du/=0.0151998.2/(100.4210-5)=14910>104, 屬于管內(nèi)強制紊流。 故可選用經(jīng)驗公式公式：=0.023（/d）Re0.8Pr0.4 =0.023(0.5985/0.015)149100.87.010.4=0.02339.92181.642.18=4365 W.m-2.-1 因l/d=2/0.015=133>50, 不要考慮L；管壁與流體溫度差不知道，不考慮熱流方向的修正t。 2-2-18. 常壓下，45的空氣以1.2m.s-1的流速流過內(nèi)徑為25mm、長2m的圓管。管壁外側(cè)利用蒸汽冷凝加熱使管內(nèi)壁面維持恒溫100。試計算管內(nèi)壁與空氣

36、之間的平均對流傳熱系數(shù)和熱流密度q，并計算空氣出口溫度。 Solution:雷諾數(shù)Re=du/=0.0251.21.11/(1.91 10-5)=1743<2300, 屬于管內(nèi)強制層流 100的空氣的粘度w=2.1910-5Pa.s。設(shè)定空氣的出口溫度為t出=75，則定性溫度t=（45+70）/2=60，有：=2.0110-5Pa.s，=1.06kg.m-3, Pr=0.698, Re=0.0251.21.06/(2.0110-5)=1582， =0.02893 因Re<2300,RePr(d/l)=15820.698(0.025/2)=15.2, l/d=80>60 Nu=

37、1.86(Re.Pr)1/3(d/l)1/3(/w)0.14 =1.86(15820.698)1/3(0.025/2)1/3(2.01/2.19)0.14 23 =1.8610.330.2320.99=4.41 對流傳熱系數(shù)=Nu（/d）=4.410.02893/0.025=5.10 W.m-2.-1 又由：At=QvCpt即t=uACpt, 代入數(shù)據(jù)得： 5.10(3.140.0252)（100-60）=1.061.2(0.253.140.0252)1005t得t=51，即t出=96t: 空氣進、出口溫度差；t：壁面溫度100與流體主流區(qū)溫度的平均值（定性溫度）之差 以t出=96替代前面的t

38、出，即設(shè)定t出=96，重復(fù)上述各步驟。 定性溫度為70，=2.0610-5Pa.s，=1.029kg.m-3, Pr=0.701, Re=0.0251.21.029/(2.0610-5)=1499，=0.02963 Nu=1.86(Re.Pr)1/3(d/l)1/3(/w)0.14但Re.Pr.(d/l)1/3<100? =1.86(14990.701)1/3(0.025/2)1/3(2.06/2.19)0.14 =1.8610.160.2320.991=4.34 =Nu（/d）=4.340.02963/0.025=5.15W.m-2.-1 得t=40，即t出=85 還可再返回算一次。

39、2-2-20. 空氣以4m.s-1的流速通過一75.53.75mm的鋼管，管長20m，空氣入口溫度為32，出口為68。試計算空氣與管壁間的對流傳熱系數(shù)。如果空氣流速增加一倍，其他條件均不變，對流傳熱系數(shù)又為多少？（設(shè)管壁溫度為90） Solution: 24 1）據(jù)題意，d=75.5-3.752=68mm=0.068m, u=4m/s, l=20m 定性溫度t=(32+68)/2=50, t壁=90, 查表得定性溫度50下空氣的物性參數(shù)：=1.9610-5Pa.s， =1.093kg.m-3, Pr=0.697,=0.02824 則有：Re=0.06841.093/(1.9610-5)=151

40、68>104, 屬管內(nèi)強制紊流 =0.023（/d）Re0.8Pr0.4 =0.023(0.02824/0.068)151680.80.6970.4 =0.0230.4152211.80.866=18.28 W.m-2.-1 因l/d=20/0.068=294>50、壁溫與定性溫度之間的溫差=90-50=40<50，兩者均無需校正。 2）如果空氣流速增加一倍，其他條件均不變，Re=2Re =20.8=31.83W.m-2.-1 Another Solution： 先求出單位時間內(nèi)空氣流經(jīng)鋼管所吸收的熱量Q，即 ?=?=?.?(?)? =1.093(0.253.140.0682

41、4)1005(68-32) =574.16W 再由Q=A?=?(?)(?) =? ?=574.163.140.06820(90?50)=3.36 W.m-2.-1 Why？ 25 3、Radiative heat transfer P234. 將一外徑為50mm，長為10m的氧化鋼管敷設(shè)在與管徑相比很大的車間內(nèi)，車間內(nèi)石灰粉刷壁面的溫度為27，石灰粉刷壁=0.91。求鋼管的外壁溫度為250時的輻射熱損失。 解：氧化鋼管1的黑度1=0.80，壁面2的黑度為2=0.91，T1=523K, T2=300K, 據(jù)題意得，?12=1，由于鋼管的輻射面積<<壁面面積，可用簡化的輻射傳熱公式進行

42、計算，即 Q=?1?1(?11004-(?2100)4=0.85.67(3.140.0510)5.234-34 =0.85.671.57667.18=4751.3 W 2-3-5. 兩平行的大平板，放置在空氣中相距5mm，其中一平板的黑度為0.1，溫度為350K；另一平板的黑度為0.05，溫度為300K。若將第一板加涂層，使其黑度變?yōu)?.025，試計算由此引起的傳熱量變化的百分率。假設(shè)兩平板間對流傳熱可以忽略。 解：因兩平板相距很近，可近似為兩無限大平板間的輻射傳熱問題。 1）加涂層前，兩平板間的傳熱量為： ?12= =?29?1+?2?14?24A1 ? ?1? 100 4?24?1 ?11

43、00 2）加涂層后，兩平板間的傳熱量為 26 ?12= =?59?1+?2?1?14?24A1 ? ?1? 100 100%=(1294?24? 則傳熱量的變化率為： 100?12?12?12?159)=50.85% 2912-3-6. 兩塊平行放置的無限大灰體平板，溫度分別為T1和T2，表面黑度均為0.9。在兩灰體間插入一塊薄的金屬板，使輻射傳熱量減為原來的1/20。問此金屬板的表面黑度應(yīng)為多少？ 解：設(shè)薄金屬薄板3的表面黑度為3、平板1側(cè)表面的溫度為T3，平行板1和2的黑度為1=2=0.9，據(jù)題意得： 放置薄板前輻射傳熱量為： ?12= 9?1+?2?14?24A1 ? ?1?1100 =

44、?A1 11 ? 100（1） 4?24 插入平板后的傳熱量為： ?13=113?A1 ?1100 ? 100 (2) 4?34 忽略金屬薄板3兩側(cè)的溫度降，則有 ?32=+?113?A3 ?3100 ? 100 (3) 4?24 假設(shè)A1=A3，由?32=?13可導(dǎo)出： 100 =2 100+ 100 (4) 將式（4）代入式（2）得： 27 ?341?14?24 ?13=21113?A1 12?11001 ? 100 （5） =1204?24因?13= 120?12則3+911得出：3=9/109=0.0826 2-3-7. 兩個平行放置的無限大平板1和2，表面溫度和黑度分別為t1=300

45、、t2=100和1=0.5、2=0.8。在板1、2之間插入導(dǎo)熱系數(shù)很大的板3。當(dāng)板3的A側(cè)面向板1時，板3的平衡溫度為279；當(dāng)板3的B側(cè)面向板1時，其平衡溫度為139。試求板3兩側(cè)的黑度。 解：設(shè)板3的A、B兩側(cè)的表面黑度分別為3A和3B，據(jù)題意，板3的導(dǎo)熱熱阻可忽略不計，即板3兩側(cè)的溫度相等。 1=0.5、2=0.8；t1=300=573K、t2=100=373K，t3A=279=552K，t3B=139=412K 1）當(dāng)A側(cè)面向板1時，有 ?1?3?= ?0.5+?3?57345524A ? ?128 =149.55? 1+3? 0.8?3?2=+ ?3?55243734A ? ?1 =

46、734.88? 0.25+3? =734.88 0.25+3?因?1?3?=?3?2, 則有：149.551+3? 2）當(dāng)板3的B側(cè)面向板1時，同理有： ?1?3?=? 0.5+?3?57344124A ? ?1 =789.87? 1+3? 41243734 A ? ?1?3?2=? 0.8+ ?3? = Then, 789.87 1+?3?94.56?0.25+3? =94.560.25+?3? Combined relation with relation , we get 3A=0.96, 3B=0.10 Indication: ? 2-3-9. 黑度1=0.3和2=0.8相距很近的兩塊

47、大平行平板之間進行輻射換熱。試問當(dāng)其間設(shè)置3=0.04的磨光鋁制隔熱板后，換熱量減 29 少為原有換熱量的百分之幾？ 解：無隔熱鋁板時的換熱量： ?12=? 0.3+0.8?14?24A ? ?1 ?1100 =0.279CbA ? 100 4?24 放置隔熱板后，輻射傳熱量為： ?13=? 0.3+0.04?14?34A ? ?1 ?1 =0.037CbA ?32=? 0.04100+0.8?34?24A ? ?1 ?3100 ? 100 4?34 =0.0396CbA 由于?13=?32 即：0.037 ?3?11004? 100 444?24? 100=0.0396 100? 100 ?14?24 444?34?3?2得出： =0.483 +0.517 100100100將式代入得：?13=0.0191CbA 因此，換熱量減少百分數(shù)為： ?12?130.279?0.0191=100%=93.15% 12減少為原來換熱量的1-93.15%=6.85% ?1100? 100 ?22-3-10. 煙氣流過輻射換熱器內(nèi)管，其直徑d=1m，內(nèi)管黑度 溫度t2=700；煙氣溫度t1=1200，煙氣成分為：CO2=14.5%, 2