傳輸原理課后習(xí)題答案

1、傳輸原理課后習(xí)題答室第二章流體靜力學(xué)（吉澤升版）2-1作用在流體上的力有哪兩類，各有什么特點(diǎn)？解:作用在流體上的力分為質(zhì)量力和表面力兩種。質(zhì)量力是作用在流 體內(nèi)部任何質(zhì)點(diǎn)上的力，大小與質(zhì)量成正比，由加速度產(chǎn)生，與質(zhì)點(diǎn) 外的流體無關(guān)。而表面力是指作用在流體表面上的力，大小與面積成 正比，由與流體接觸的相鄰流體或固體的作用而產(chǎn)生。2-2什么是流體的靜壓強(qiáng)，靜止流體中壓強(qiáng)的分布規(guī)律如何？解：流體靜壓強(qiáng)指單位面積上流體的靜壓力。靜止流體中任意一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)值只由該店坐標(biāo)位置決定，即作用于一 點(diǎn)的各個方向的靜壓強(qiáng)是等值的。2-3寫出流體靜力學(xué)基本方程式，并說明其能量意義和幾何意義。解:流體靜力學(xué)基本方程為

2、：4 +個=z? + '或p =4+ pg/ =6+汕同一靜止液體中單位重量液體的比位能可以不等，比壓強(qiáng)也可以不 等，但比位能和比壓強(qiáng)可以互換，比勢能總是相等的。2-4如圖2-22所示，一圓柱體d=0. 1m,質(zhì)量M = 50kg.在外力F=520N的作用下壓進(jìn)容器中， 當(dāng)h=0. 5m時達(dá)到平衡狀態(tài)。求測壓管中水柱高 度H=?14 / 29解：由平衡狀態(tài)可知:4（d/2）2=pg（H +h）hlh5差代入數(shù)據(jù)得H=12. 62m2. 5盛水容器形狀如圖=0. 9m, h2 = 0. 4m, h3 = 1. lm, h4 = 0. 75m,= 1.33m。求各點(diǎn)的表壓強(qiáng)。解：表壓強(qiáng)是指

3、：實(shí)際壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的 值。A=o（&）P、= P、+ 四（ _= 4900（Pa）P3 = B 一四&一九）=（Pa）圖 2.26/> =;> =-1960(P«)G =旦 - pg?！?一 %) = 7644 (&)2-6兩個容器A、B充滿水，高度差為 a。為測量它們之間的壓強(qiáng)差，用頂部 充滿油的倒U形管將兩容器相連，如 圖2. 24所示。己知油的密度P油=900kg / nA h = 0. Im, a = 0. lmo求 兩容器中的壓強(qiáng)差。解：記AB中心高度差為a,連接器油面高度差為h, B球中心與油面 高度差為b；由流體靜力學(xué)公式知：心=鳥

4、+P水g(a + b)Pb = P$ + 夕水 gbAP = PA- PH = P2 - P4+ p . gci = 1079 APa2-8 一水壓機(jī)如圖2. 26所示。已知大活塞直徑D=11.785cm,小活塞直徑d=5cm,杠桿 臂長a= 15cm, b = 7. 5cm,活塞高度差h= Imo當(dāng)施力F1=98N時,求大活塞所能克服的載荷F2o解:由杠桿原理知小活塞上受的力為F3：瑪*=尸*由流體靜力學(xué)公式知：(D/2)2.F2=1195. 82N解：建立如圖所示坐標(biāo)系oxy,。點(diǎn)在自由液面上，y軸沿著蓋板壁 面斜向下，蓋板面為橢圓而，在面上取微元面dA,縱坐標(biāo)為y,淹深 為h=y * s

5、in。，微元面受力為dF = phdA =y sin 電4板受到的總壓力為F = Jd/7 = sin 9yd4 = pg sin OytA =A蓋板中心在液面下的高度hu=d/2+ho=2. 3m, yc=a+ho/sin45c蓋 板受的 靜止液 體壓力F= y hcA=9810*2. 3* n ab壓力中心距較鏈軸的距離為：h。>A sin450 2 sin45°hOa 4sin 45°=0.44 /abX=d=0. 6m,由理論力學(xué)平衡理論知，當(dāng)閘門剛剛轉(zhuǎn)動時，力F和T對 錢鏈的力矩代數(shù)和為零，即：M = F/-7x = O故 T=6609.故解：盛有液體的圓筒

6、形容器繞其中心軸以等角速度3旋轉(zhuǎn)時，其管 內(nèi)相對靜止液體壓強(qiáng)分布為：n n 叱廠P=P0+P 一漢以A點(diǎn)為原點(diǎn)，0A為Z軸建立坐標(biāo)系0點(diǎn)處面壓強(qiáng)為P) = Pa+ pgkB處的面壓強(qiáng)為與 =工+。，- pgZ 乙其中：Pa 為大氣壓。r = Lin45°yZ = L,cos45°-L, 當(dāng)？8*0時3=9. 6rad/sOB中的任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)為0TP = P.+P -(r-£2) 乙對上式求P對r的一階導(dǎo)數(shù)并另其為0得到，r = £ 即0B中壓強(qiáng)最低點(diǎn)距。處=%田。=°157代入數(shù)據(jù)得最低壓強(qiáng)為Pz=103060Pa第三章習(xí)題(吉澤升版)3.1

7、已知某流場速度4、二廠%=-3)* = z-3,試求過點(diǎn)(3, 1, 4)的流線。解：由此流場速度分布可知該流場為穩(wěn)定流，流線與跡線重合，此流 場流線微分方程為：dx dy dz_ _ dx 力 dz二-=大一2 - 3y z -3即：z求解微分方程得過點(diǎn)(3, 1, 4)的近(x-2)'y = l .("3)3)，= 13. 2試判斷下列平面流場是:上rfsgy-Vcosy解：由不可壓縮流體流動的空間連續(xù)性方程(3T9, 20)知:- = 3 siny = sm >7dx辦6 V 1/23昔 + = 3 %- s in y - 3x s in y = 3 %- (1

8、x)s in y)時連續(xù)。當(dāng) x=0, 1,或 y=k n (k=0, 1, 2,的“I圖 3,273.4三段管路串聯(lián)如圖3.27所示，直徑 di=100 cm, &=50cm, d3 = 25cm,已知斷 面平均速度V3=10m/s,求vi, V?,和質(zhì)量 流量(流體為水)。解：可壓縮流體穩(wěn)定流時沿程質(zhì)量流保持不變， Q = vA = A = v2A2 = p3A3 v. = = 0.625 ml s 越 A%=2.5nVs 4質(zhì)量流那丁Q = °水、M=490（Kg/s）3. 5水從鉛直圓管向下流出，如圖3. 28所示。己知 管直徑d】=10cm,管口處的水流速度vi=1

9、.8m/s, 試求管口下方h = 2m處的水流速度和直徑&.鋁+近=0+空+匚解:以下出口為基準(zhǔn)面.不計橫失,建立上出口和下出口而伯努利方程:代入數(shù)據(jù)h + /2g/ 2g由 VA3. 6水箱側(cè)壁接出一直徑D=0.1%的管路,如圖3.29所示.已知hl =解:以A面為基準(zhǔn)而建立水平而和A而的信努利方程，以B而為獲準(zhǔn).建立A,B面伯努利方程：（1）當(dāng)下潴接噴眺時,匕A。= vhAh九+ +空+ 0 = 0 +乙 +工277 2g人+。+亡+以=0+式+ 412 2g / 2g y2. la. b2=3.0m,不計任何損失求下列兩種情況下A的何強(qiáng).管略末 增安一嘖嘴,出口直徑1=0. 0：

10、5皿（2）管路末端沒有噴嘴.解得 va=2. 5Ws, PA= 119. 4KPa（2）當(dāng)下燔不接噴嘴時.解得?A=71. 13K?a3.7如圖3. 30所示.用半托管測fit氣體管道軸線上的流速Umax畢托管與偏斜（酒精）微質(zhì)計相連.已知dHOCma,公na=0.3 L=；5皿.酒 33精密度二SOOH/m氣體密度0 2 = 1.66&舊:UxaxE.Jv”為平均速度）.求氣體偵fit流fit.解：此裝置由畢托管和測樂管組合而成,沿軸線取兩點(diǎn).A(總壓測點(diǎn))測靜壓點(diǎn)為B.過AB兩點(diǎn)的斷面建立伯努利方程有,Zb+鬼+人>) %;2g= Za +殳+ 3/氣2g其中：A=3, vA

11、=O,此時A點(diǎn)測得的是總樂記為PA*勝樂為PB不計水頭損失.化簡用P；-PB=1tVmax2乙me. p；_pB=(p,sffi_pn)cOSt/由于氣體密度相對于酒相很小.可忽略不計.由此可得max2gLp、cosaPi氣體質(zhì)技流fit：代入數(shù)據(jù)為KE.1IK&二VM = a 皿=Pi -yy A3. 9如圖3. 32所示.一變直徑的管段AB.dA=O. 2m. d3=0. In.島空h=1.0a,川443樂強(qiáng)表測得PA=7xlO Pa. PB=4xlO Pa.用流去計測將管中流位：Q=12tt /nin.試判斷水在管段中流動的方向.并求忸失水頭.好：由于水在管道內(nèi)流動具有拈性,沿在

12、流向總水頭必然降低.故比較A和B點(diǎn)總水頭 可知管內(nèi)水的流動方向.12匕 Aa=%4=Q = (m'/s)=va = 6.366 ml syvb = 1.592 ml sP v2 %=0 +上=9.27/ 2g2上工= 522g即：管內(nèi)水由A向B流動.以過A的過水?dāng)喽鵀榛鶞?zhǔn),建立A到B的伯努利方程育,0 + 之 + 工 = + 生 +工 +熊7 2g 7 2g代入數(shù)摳得,水頭損失為hw= 1n>第九章 導(dǎo)熱1.對正在凝固的鑄件來說，其凝固成固體部 分的兩側(cè)分別為砂型(無氣隙)及固液分界面， 試列出兩側(cè)的邊界條件。解：有砂型的一側(cè)熱流密度為 常數(shù)，故為第二類邊界條件， 即T >

13、0時/匚= q(X,dn固液界面處的邊界溫度為常數(shù)，故為第一類邊界條件，即T >0 時 T*=f( T )注：實(shí)際鑄件凝固時有氣隙形成，邊界條件復(fù)雜，常采用第三類邊界 條件3.用一平底鍋燒開水，鍋底己有厚度為3mm的水垢，其熱導(dǎo)率人為 lW/(m )o已知與水相接觸的水垢層表面溫度為111通過鍋底的熱流密度q為42400W/m=,試求金屬鍋底的最高溫度。解：熱量從金屬鍋底通過水垢向水傳導(dǎo)的過程可看成單層壁導(dǎo)熱，由 公式(9-11)知十 q6 42400 x 3x10-3A7 = = 127.2° C21T = /.-G得 tx =238. 24.有一厚度為20mm的平面墻，其熱

14、導(dǎo)率入為L3W/(m-)。為使 墻的每平方米熱損失不超過1500W,在外側(cè)表面覆蓋了一層人為0.1W/(m)的隔熱材料，已知復(fù)合壁兩側(cè)表面溫 度分布750 和 55 ,試確定隔熱層的厚度。解：由多層壁平板導(dǎo)熱熱流密度計算公式(9-14)知每平方米墻的熱 損失為<1500<1500750-55K02J?TT oj6.沖天爐熱風(fēng)管道的內(nèi)/外直徑分別為160mm和170mm,管外覆蓋厚 度為80mm的石棉隔熱層，管壁和石棉的熱導(dǎo)率分別為 入尸58.2W/(m), X2=0. U6W/(m)o已知管道內(nèi)表面溫度為240, 石棉層表面溫度為40,求每米長管道的熱損失。解:由多層壁圓管道導(dǎo)熱熱

15、流量公式(9-22)知Tx = 240"。，T3 = 40°C4 = 0.16m,=。.17m,4 = 0.33m,= 58.2 A2 =0.116 所以每米長管道的熱損失為 (b 2*7)2x3.14x(240-40) 2x3.14x200，=219.6w/m/ / 5 /立 / 2dZ / 2220.001+5.718"工 H 0J6 1 0?17丁 十了 58.20.1167.解:2 = 2.1 + 0.0001%一 16 = 376rmi = 0.37/nj = -(1650°C + 3000C) = 9750C 2j7 285252 = 2.1

16、 + 0.00019x975 = 2.285525, = AT = (1650-300) x= 8338.07vv/w2傳輸原理課后習(xí)題答室8 .外徑為100mm的蒸汽管道覆蓋隔熱層采有密度為ZOKg/ii?的超細(xì) 玻璃棉氈，己知蒸汽管外壁溫度為400C,要求隔熱層外壁溫度不超 過50,而每米長管道散熱量小于163W,試確定隔熱層的厚度。°解：已知。=400"。,4 =0.Um2<50"C-<163h查附錄C知超細(xì)玻璃棉氈熱導(dǎo)率2 = 0.033 + 0.00023/ = 0.08475J = 4。"玉)=225"C2由圓筒壁熱流量

17、計算公式（9-20）知:<163Q2位AT2 x 3.14 x 0.08475 x(400 一50)得 d2 =0.314而4 = 4+26 得出 J = -(J2 - ) = -(0.314-0.1) = 0.107m 229 .解：UI = = 15x0.123= 1.845vv,5 = 37.5 = 0.0375？< 贊1.845 x0.0375血W,AT _ 3.14 x 0.075 x 0.15 x (52.8 - 47.3)" I -10 .在如圖9-5所示的三層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，己測的及匕分別為600, 500, 200及100,試求各層熱阻的比例解：根據(jù)熱

18、阻定義可知凡=2 = V，而穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時各層熱流量相同，由此可得各層熱阻之比為 2 q: R1J. 4 = （。-，2 ） ：。2 - q）： «3 4）=100： 300： 100=1： 3： 1 b = J 必?11 .題略解：(參考例 9-6 ) N =,+ 0.457922 J0.69 *10-6 *120* 3600查表時(N) = 0.46622 ,代入式得丁 = Tw+ (T()-Tw)erf(N) =1037 + (293 -1037) *0.46622 k比 709.3k12 .液態(tài)純鋁和純銅分別在熔點(diǎn)(鋁660,銅1083C)澆鑄入同樣 材料構(gòu)成的兩個砂型中，砂型的

19、密實(shí)度也相同。試問兩個砂型的蓄熱 系數(shù)哪個大？為什么？答：此題為討論題，砂型的蓄熱系數(shù)反映的是材料的蓄熱能力，綜合 反映材料蓄熱和導(dǎo)熱能力的物理量，取決于材料的熱物性=歷。 兩個砂型材料相同，它們的熱導(dǎo)率人和比熱容c及緊實(shí)度都相同， 故兩個砂型的蓄熱系數(shù)一樣大。注：鑄型的蓄熱系數(shù)與所選造型材料的性質(zhì)、型砂成分的配比、砂型 的緊實(shí)度及冷鐵等因素有關(guān)！考慮溫度影響時，澆注純銅時由于溫度較純鋁的高，砂型的熱導(dǎo)率會 增大，比熱和密度基本不變，從而使得砂型蓄熱系數(shù)會有所增大13 .試求高0.3m,寬0.6m且很長的矩形截面銅柱體放入加熱爐內(nèi)一 小時后的中心溫度。已知：銅柱體的初始溫度為20,爐溫1020

20、, 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) a=232. 6W/(m2* ), X =34. 9W/ (m ) , c=0. 198KJ/(Kg ), P =780Kg/m3o解：此題為二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，參考例9.8 ,可看成兩塊無限大平板導(dǎo)熱求解， 銅柱中心溫度最低，以其為原點(diǎn)，以兩塊 平板法線方向?yàn)樽鴺?biāo)軸，分別為x, y軸。 則有：熱擴(kuò)散率 a = =« 2.26 *10-5cp 0.198 *103 *7800（見_ 232.6*0.3T- 349«1.999m2/s20 / 29(月32.26*10*3600 (03p226*1。-'*3600(0.15)24 3.62% 0.90

21、4(叫=竽=”-7nn查 9T4 得，(/i)”0.45,(上)v=0.08%鋼鏡中心的過余溫度準(zhǔn)則為(土)=(%(% V = 0.45 * 0.08 = 0.036 8。 紇%丫中心溫度為7； =0.0366。+=0. 036* (293-1293 ) +1293=1257k=98415. 一含碳量此處0.5%的曲軸，加熱到600c后置于20c的空氣中回火。曲軸的質(zhì)量為7. 84Kg ,表面積為870cm2 ,比熱容為 418. 7J/(Kg ),密度為 7840Kg/m* 熱導(dǎo)率為 42W/(m ),冷卻 過程的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)取為29.1W/(m3 ),問曲軸中心冷卻到 30C所經(jīng)歷的時

22、間。(原題有誤)解：當(dāng)固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻小于其表面的換熱熱阻時，固體內(nèi)部的溫 度趨于一致，近似認(rèn)為固體內(nèi)部的溫度t僅是時間t的一元函數(shù)而與 空間坐標(biāo)無關(guān)，這種忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的簡化方法稱為集總參數(shù) 法。通常，當(dāng)畢奧數(shù)Bi<0. 1M時，采用集總參數(shù)法求解溫度響應(yīng)誤差不大。對于無限大平板M=l,無限長圓柱M=l/2,球體上1/3。特性 尺度為5 =V/Fo42.0*870*1()70.007<0.hW=0.1*- = 0.05 2經(jīng)上述驗(yàn)算本題可以采用此方法計算溫度隨時間的依變關(guān)系。參閱楊世銘編傳熱學(xué)第二版，P105-106,公式(3-29)其中F為表面積，a為傳熱系數(shù)，T為時間

23、，上為流體溫度，V代 入 數(shù) 據(jù) 得30 - 20600 - 20 -”29.1.87>1。77.K4M18.7=> =產(chǎn)In -!- = -7.712*W4r =>r = 5265 s 5858第十章對流換熱1.某窖爐側(cè)墻高3m，總長1211b爐墻外壁溫t.=17(TC。已知周圍空氣溫度t尸30C,試求此側(cè)墻的自然對流散熱量（熱流量）（注：原 答案計算結(jié)果有誤，已改正。）解：定性溫度 t=（tw+t% = （17O+3O% = iooC定性溫度下空氣的物理參數(shù)：幾= 3.21xlO-2w.ml ,v = 23.13xl0-6/n25-1 , Pr = 0.688特征尺寸為墻

24、高h(yuǎn)=3m .則：G"b%/=9.8 仙 7。-3。）,%73 + 叱（23.小個a88=128'©迎故為湍流。查表 10-2,得 c = 0.10 ， n = %/. Nu = c （GrPrY =0.1x（1.28x10"） =504a = Nu A/H = 5O4x 3-21 x 1。% = 5.39gaA （tw-tf） = 5.39 x3xl2 x（170-30） = 2.72 * 104w2 . 一根L/d=10的金屬柱體，從加熱爐中取出置于靜止的空氣中冷 卻。試問：從加速冷卻的目的出發(fā)，柱體應(yīng)水平還是豎直放置（輻射 散熱相同）？試估算開始冷卻

25、的瞬間兩種情況下自然對流表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)之比（均為層流）解：在開始冷卻的瞬間，可以設(shè)初始溫度為壁溫，因而兩種情形下壁 面溫度相同。水平放置時，特征尺寸為柱體外徑；豎直放置時，特征 尺寸為圓柱長度，L>d。近似地采用穩(wěn)態(tài)工況下獲得的準(zhǔn)則式來比較 兩種情況下自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，則有：（1）水平放置.（GF）=nr/T，2=gNTd7T6 , N%=q（G/），q = 0.53n = 1/4(2)豎直放置.(GrPr)2 = gVTl3/Tv2 =gNT»/Tv： Nu2 = c2(GrPr)2n ,c2 = 0.59n = 1/4N%/Nk=C(GR)：M(GR)；=(席 0潸/

26、z 幾 / KT 40.53 1、3/41 n 1么 ict, / a、 iVu Ni/)=() x 10 = 1.6:17 -' d! - L 0.59 10由此可知：對給定情形，水平放置時冷卻比較快。所以為了加速冷卻, 圓柱體應(yīng)水平放置。3 . 一熱工件的熱面朝上向空氣散熱。工件長500mm,寬200mln,工件表面溫度220,室溫20,試求工件熱面自然對流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對原答案計算結(jié)果做了修改） 解：定性溫度”空=空=“定性溫度下空氣的物理參數(shù):丸= 3.34x1 CT?卬.尸。, v = 25.45x10w2.s- Pr =0.686特征尺寸， L =、。()+ 2。0 =

27、350? = 0.35m2熱面朝上G，”"（黑RSX）*-2的, > 此故為湍 流。查表得 c = 0.15 ,2 = 1/3. Nu = c(GM) = 0.15 x (2.267 x 108),/3 = 91.46傳輸原理課后習(xí)題答室a = M/ = 91.46 xL3.34x10-2035-= 8.73vp/(m2)4 .上題中若工件熱面朝下散熱，試求工件熱面自然對流表面?zhèn)鳠嵯到猓簾岫拢?。5<32<10",層流，查表得c = 0.58,/= 1/5Nu = 0.58 x (2.267 x IO8)02 = 27.19723 34 X 10&qu

28、ot;。=N” 一 = 29. 197 x -=2.595 w/inCL0.35'-5 .有一熱風(fēng)爐外徑D=7m, M H=42m,當(dāng)其外表面溫度為200,與環(huán)境溫度之差為40。，求自然對流散熱量(原答案缺少最后一步，已添加)解：定性溫度 / = 20Q+(20Q-40) = 180 2定性溫度下空氣的物性參數(shù)為：2 = 3.78xICT?卬刀尸。， v = 32.49xlO/zr.r1, =0681依題應(yīng)為垂直安裝，則特征尺寸為H=42 m.G£ =gV7773v2Tx Pr =9.81x40x423(32.49 x IO-6)2 x (180 +273)x 0.681 =

29、4.14xl013為湍流.7.21 / 29查表得c = Ql = :Nu = 0.1x (4.14 x IO13)0 333 = 1590.27a = NuA / H =1590.27 x 3.78 x IO-242= 3Aw/m2自然對流散熱量為 Q = 01(，-7,) = 3. lx ;rx7x42x40= 1.145x10傳輸原理課后習(xí)題答室在外掠平板換熱問題中，試計算25的空氣及水達(dá)到臨界雷諾數(shù)各 自所需的板長，取流速v=lm/s計算，平板表面溫度100C (原答案 計算有誤，已修改)解:定性溫度為 =* =四4=62.5。 22(1) .對于空氣查附錄計算得匕 =fl8.97 +

30、 2。.。2T8.97 x2 i0-6 = 19.23x 10-6/n2Is 6.5 c i10)R = vj/v = / = /?.*=5xlO5x 19.23 x 10/1 =9.62?(2) .對于水則有：上，=f 0.478 一 0478-().415、2.5x 10-6 = 0.462 x 10-6/n2 Is6-5 c i10)Re = / = Re * u/% = 5x 10 s x 0.462 x 10* 1 = 0.231 m8.在穩(wěn)態(tài)工作條件下，20的空氣以lOm/s的速度橫掠外徑為50mm, 管長為3m的圓管后，溫度增至40。已知橫管內(nèi)勻布電熱器消耗的 功率為1560W,

31、試求橫管外側(cè)壁溫(原答案定性溫度計算有誤，己修 改)解：采用試算法假設(shè)管外側(cè)壁溫為60 ,則定性溫度為 t = (Q + 0 )/2 = (60 + 20)/2 = 40查表得 4= 2.76 x IO-2wjn-l.-1 % = 16.96 x lO/nV Pr= 0.699Re = Vd/v =1=2.95 x 104 4000 < Re<40000,，°72 = 0.618=0.171 x (2.95 x IO4)0618 = 98.985a = Nu- = 98.985 x、出“")：=55.975 w/m2.(150 x IO-f = aAH)即：15

32、60 = 55.975 x3.14x50xIO-3x3x(兀 -20) = 7； = 79.17與假設(shè)不符，故重新假設(shè)，設(shè)壁溫為80。.則定性溫度10x50x10-3 17.95x10-6= 2.79xl04,查表得 4“ = 2.83 x 10%優(yōu)尸% = 17.95 x， Pr = 0.698c = 0.171 4(X)0 v Re <40000, /.n =0.618Mz = cRen =0.171 x (2.79 x 104)<)6,s = 95.49a = Ni乙=95.49x 之，90*K),- = 55.38w/m2. d50x 10-3/ = aA0f ),即：15

33、60 = 55.38 x 3.14 x50 x 10-3 x 3x (7；, - 20) => 7；, = 79.80與假設(shè)溫度誤差小于5%,是可取的。即壁而溫度為79.80C.10.壓力為1. 013*10的空氣在內(nèi)徑為76mm的直管內(nèi)強(qiáng)制流動，入口 溫度為65,入口體積流量為0.022mS/s,管壁平均溫度為180, 試問將空氣加熱到115c所需管長為多少？解：強(qiáng)制對流定性溫度為流體平均溫度流體平均溫度 65±H5=90<)c>查查附錄f得/2匕=22.10乂10與“2= 3.13x 1 O-2 vv/hl C,Cp 1.009x 103 J/.°C3

34、4 / 29Pff =0.69,，=2L5xlOf £5vd J A _0.076 x 0.0227" V- 3.14x0.0382 x22.10xl0-6= 1.67x104 >k)4為旺盛湍流。由于流體溫差較大應(yīng)考慮不均勻物性的影響，應(yīng)采用實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)則式(10-23 或 24)計算 Ns即 般=180°。,心=0.618,/ =25.3 xlCT6 Pa.SN ( = O.O27/?.rosP/J()°14 = 0.027x(1.67x IO4)08 xO.69o3( 21? X 10 )014ff " fw25.3x10-6=56. 3

35、9756.397 x 3.13x10-2a = N, = 23.23w/nr.()C11 d0.076質(zhì)量流量4” =%w = 0.022 x 0.972 = 0.0214 Kg/s散熱量 Q = qm.Cr(T2 -7；) = 0.0214xl.009xl0?x(l 15-65) = 1079.63JQ = aA(Tw - Tf ) = arrdl(Tw - Tt ).1079.63-23.23 x (180 - 90)x3.14 x 0.076= 2.14(/h)因?yàn)榱? 28”。，所以需要進(jìn)行入口段修正。 入口段修正系數(shù)為鳥=(1 + =(1 +罌J” = 1.1a' = 4a

36、 = 1.1 x 23.24 = 25.48w/J°C1079.6325.48x(180 一90)x 3.14 x0.076=1.97m(方法二)定性溫度為流體平均溫度，查附錄F得，P“ = 0.69 ,?，,、= 21 .5 x 10 -6 p s V9 Javy =22.10x10-6w2.<2/ =3.13x1O-2ip/w.°CCp = 1 009 <1P = 0.972裕 / 一在入口溫度下p -1.0045餡M故進(jìn)口質(zhì)量流量:m = 0.022m3 sx 1.0045/vg M = 2.298x 10"kg s,3我=3；常妥Y-先按力，&

37、gt;60計，Mo =0.023x(1.79x 1。4)。8 *0.6嚴(yán)=50.0850.08x3.13x10-2 a = 20 62w7 nrQC0.076空氣在 115 c時，C”l()09k/(像K) 65 c時，C；=1.007k7/(ArgX)故加熱空氣所需熱量為:0 二 myG=0.02298 x(1.009x 103xll5-1.007x 103x 65)= 1162. sir由大溫差修正關(guān)系式得:所需管長:/ 273+90、,04、273 + 180= 0.885-2.96(w)1162320.62x0.885x(180-90)x3.14x0.0767/4/ = 2.96/0.

38、076=386<60 需進(jìn)行短管修正%. =1 + ()°- =1.0775所需管長為2.96/1. 0775=2. 75m11. 解：=3O°C時、P,水=5.42, P.; =0.701, a = N“/,N“ = 0.023&°*°a 4水=6L8x IO”卬尸° C,4支=2.67 x 10-2h7h', C12. 管內(nèi)強(qiáng)制對流湍流時的換熱，若Re相同，在七戶30條件下水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比空氣的高多少倍？解：定性溫度。=30 查附錄D得到：匕水=542 4水=61.8x10%,，.尸。查附錄F得到:%氣=0.701

39、%氣= 2.67x10-2卬刀尸。 為湍流，故R%相同Nufli. = 0.023*Re/，s Pr詠°“空氣=0.023* Re,"P%，：aV =(Pr,"Pr、嚴(yán)上=(2產(chǎn) * 618x10： = 5246/a空氣,水/虺氣 7i 0.7012.67x10 2在該條件下，水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比空氣高52. 46倍。第十一章輻射換熱1. 100W燈泡中筲絲溫度為2800K,發(fā)射率為0.30。（1）若96%的熱量依靠輻射方式散出，試計算筲絲所需要最小面積；（2） 計算鋁絲單色輻射率最大時的波長解：（1）鴇絲加熱發(fā)光，按黑體輻射發(fā)出連續(xù)光譜 "£

40、= 0.3, Ch = 5.67W/（in2100! =100*96%將數(shù)據(jù)代入為：0.3*5.672800 A=96 =>Ai=9. 2*1 O'5 m2（2）由維恩位移定律知，單色輻射力的峰值波長與熱力學(xué)溫度的關(guān)系4,7 = 2.8976 *10-3m. k,當(dāng) T=2800k 時,An=l. 034*Wsm3 . 一電爐的電功率為1KW,爐絲溫度為847,直徑為1mm,電 爐的效率（輻射功率與電功率之比）為0. 96,爐絲發(fā)射率為0. 95, 試確定爐絲應(yīng)多長？解：由黑度得到實(shí)際物體輻射力的計算公式知：中=2（焉）4 = 1爐* 0.96 =嗚喘），QJ.7 4- ?730

41、.95*5.67*3.14*103*/*（-）4 = 0.96 * 103 => / = 3.607/?/1004 .試確定圖11-28中兩種幾何結(jié)構(gòu)的角系數(shù)及 解：由角系數(shù)的分解性得：X 1,2 = X（2必 一 X1 B由角系數(shù)的相對性得:V = v %=x (L5)2 LB S l A BA 1.5Xi<2 =X(2+8)j(2+8 ).1X(2+BM2.5*1.51.5=lx所以X2+8),l(2+小= X(2+8).A對于表面 B 和(1+A), X=l. 5> Y=l. 5、Z=2 時,21 = 1,4 = 1.333, X X查表得y=0.211 ,對于表面 B

42、 和 A,X=1. 5,Y=1. 5,Z=1,-X=1, = 0.667 ,X查表得 Xk=0.172 ,所以 XhjmX&l*姓=0.2110. 172 = 0.039 ,X =2% =2*0.039 = 0.0585o 對表面(2+B)和(1+A), X=l. 5, ,22Y=2.5, Z=2, = 1.667,= 1.333,查表得X(2加i=0/5 o對于表面Y7(2+B), A, X=l. 5, 丫=2. 5, Z=l,一 = 1.667, = 0.667XX查表得=X(2+m<*A) -X(2+8,.a =0.15-0.115 = 0.035 ,=-Xp+/?H =2

43、.5*0.035 = 0.08751.( J 2(2+6)=>X17 =XgXR = 0.0875 0.0585 = 0.029l.Z1.0由角系數(shù)的分解性A1 5x = X - = X -= X X = X -X人!.22.14 八 25 八 2.1，4 2.14 2.(1+/0 八 2.A對表面 2 和 A , X=l. 5 , 丫=1 , Z=1 ,=0.67, = 0.67,查表得 X2 A = 0.23。對面 2 和X X(1+A), X=L5, Y=l, Z=2, 21 = 0.67,= 1.33 ， X X查表得 X2.(1+A) = 0.27 => X2J= X2.

44、(1+A)-X2,A，代入數(shù)據(jù)得 X2.i= 0.04 ,所以 =X=0.045 .兩塊平行放置的大平板的表面發(fā)射率均為0.8,溫度分別為 3=527和。=27,板的間距遠(yuǎn)小于板的寬與高。試計算（1）板1的本身輻射（2）對板1的投入輻射（3）板1的反射輻射（4） 板1的有效輻射（5）板2的有效輻射（6）板1與2的輻射換熱解：由于兩板間距極小，可視為兩無限大平壁間的輻 射換熱，輻射熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖，包括空間熱阻和兩個表而輻射熱阻。£=a=0.8,輻射換熱量計算公式為（11-29）丫(300 丫 > "1100 J800 )U005.67 12 _( J 一 紇2)_q2 =

45、All,功 + -1d %淳+淳=15176 .7W/m2+空洞理隹其中工和工為板1和板2的有效輻射，將上式變換后得，=品-%2 匕= 5.67x與= 19430.1VV/7r800TooI -1517.7x0.81 一J （300、1-0.8人=%+% = 5.67乂喘 | +1517.7x- 1UU JU.O= 4253.4W/J故:（1）板1的本身輻射為片=弓與=0.8x5.67x罌=18579.5VV/n2 （2）對板1的投入輻射即為板2的有效輻射5=人=4253.4W/J （3）板1的反射輻射為,P !=1- a =0. 2 ,*=pj? =，=19430.1 18579 .5 = 850.68W/J（4）板1的有效輻射為= 19430.1VV/H2 （5）板2的有效輻射為J, =4253 AW Ini2 （6）由于板1與2間的輻射換熱量為: q12=15176.7W/n?26 .設(shè)保溫瓶的瓶膽可看作