傳輸原理課后習(xí)題答案

1、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(wú)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(gè)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(shuō)明其能量意義和幾何意義。解:流體靜力學(xué)基本方程為：乙+P1=Z2+3或P=P

2、0+Pgh=P0+¥h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(shì)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(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)。求測(cè)壓管中水柱高度H=?解：由平衡狀態(tài)可知：(F+嗎二國(guó)(H+h)二(d/2)2代入數(shù)據(jù)得H=12.62m2.5盛水容器形狀如圖2.23所示。已知hl=0.9m,h2=0.4m,h3=1.1m,h4=0.75m,h5=1.33m。求各點(diǎn)的表壓強(qiáng)。解：表壓強(qiáng)是指：實(shí)際壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的差值。P=0(Pa)P2=P?g(h1-h2)=

3、4900(Pa)P3=PPg(h3h1)=-1960(Pa)P4=P3=T960(Pa)R=P4-：g(h5-h4)=7644(Pa)2-6兩個(gè)容器A、B充滿水，高度差為ao為測(cè)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。已知油的密度p油=900kg/m3,h=0.1m,a=0.1m。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：P2-P7Kgh=P4-%ghFJ ： gh =d2 g 2F2二 D22PA=P2+疏g(a+b)nPB=P4gbP=PA_PB=P2_p4+P水ga=1079.1Pa

4、2-8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(zhǎng)a=15cm,b=7.5cm,活塞高度差h=1m。當(dāng)施力F1=98N時(shí)，求大活塞所能克服的載荷F2。解：由杠桿原理知小活塞上受的力為F3：F3b=FaF3_ 2二（d/2）:gh =.F2_ 2二（D/2）由流體靜力學(xué)公式知：9hc=d/2+h o=2.3m,y c=a+h o/sin45F=r lcA=9810*2.3* 兀 abJch0 dycA sin 452 sin 45二 3. a b4 =0.44a 上二absin 45-F2=1195.82N2-10水池的側(cè)壁上，裝有一根直徑d=0.6

5、m的圓管，圓管內(nèi)口切成a=45°的傾角，并在這切口上裝了一塊可以繞上端錢鏈旋轉(zhuǎn)的蓋板，h=2m,如圖2.28所示。如果不計(jì)蓋板自重以及蓋板與錢鏈間的摩擦力，問(wèn)開起蓋板的力T為若干？竹折圓形面積的Jc=兀a3b/4)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，蓋板面為橢圓面，在面上取微元面dA,縱坐標(biāo)為y,淹深為h=y*sin0，微元面受力為dF=PghdA=Pgysin*A板受到的總壓力為F=dF-PgsinfydA-gsinycA=hcA蓋板中心在液面下的高度為蓋板受的靜止液體壓力為壓力中心距較鏈軸的距離為X=d=0.6m,由理論力學(xué)平衡理論知，當(dāng)閘門剛

6、剛轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，力F和T對(duì)錢鏈的力矩代數(shù)和為零, 即：% M = Fl -Tx =0故 T=6609.5N2-14 有如圖 2.32 所示的曲管 AOB°OB 段長(zhǎng) L1 = 0.3m, / AOB=45 ° , AO垂直放置，B端封閉，管中盛水，其液面到。點(diǎn)的距離L2 = 0.23m, 此管繞AO軸旋轉(zhuǎn)。問(wèn)轉(zhuǎn)速為多少時(shí)， B點(diǎn)的壓強(qiáng)與 O點(diǎn)的壓強(qiáng)相 同？OB段中最低的壓強(qiáng)是多少 ？位于何處？解：盛有液體的圓筒形容器繞其中心軸以等角速度3旋轉(zhuǎn)時(shí)，其管內(nèi)相對(duì)靜止液體壓強(qiáng)分布為：以A點(diǎn)為原點(diǎn)，OA為Z軸建立坐標(biāo)系O點(diǎn)處面壓強(qiáng)為P0=Pa+Pgl2B處的面壓強(qiáng)為PB 二 Pa：其中：P

7、a為大氣壓。r=L1sin45：Z=L1cos45©L2當(dāng)PB=PO時(shí)3=9.6rad/sOB中的任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)為P=B+P-g（r-L2）1對(duì)上式求P對(duì)r的一階導(dǎo)數(shù)并另其為0得到，r=?即OB中壓強(qiáng)最低點(diǎn)距。處L'=r/o=0.15msin45代入數(shù)據(jù)得最低壓強(qiáng)為Pmin=103060Pa第三章習(xí)題（吉澤升版）3.1已知某流場(chǎng)速度分布為ux=x2,uy=3y,uz=z3，試求過(guò)點(diǎn)（3,1,4）的流線。解：由此流場(chǎng)速度分布可知該流場(chǎng)為穩(wěn)定流，流線與跡線重合，此流場(chǎng)流線微分方程為：dxdydzdx dy dz求解微分方程得過(guò)點(diǎn)（3,1,4）的流線方程為：f（x _2）3 y =

8、1 =30-3） y=1333.2試判斷下列平面流場(chǎng)是否連續(xù)？ Ux = x sin y, Uy = 3x cosy解：由不可壓縮流體流動(dòng)的空間連續(xù)性方程(3-19,20)知："-=sin yx 3tny=3x siny -3x siny =23x 1 - x sin y當(dāng) x=0 , 1,或 y=k 兀(k=0, 1, 2, )時(shí)連續(xù)。3.4三段管路串聯(lián)如圖d2=50cm, d3=25cm,求V1,V2,和質(zhì)量流量（流體為水）。解：可壓縮流體穩(wěn)定流時(shí)沿程質(zhì)量流保持不變,Q =vA =v1A =v2 A2 - v3 A33.27 所示，直徑 d1=100 cm,已知斷面平均速度v3=

9、 10m/s,故:=v3 A3 = 0.625m/ sA1v2=v3A3=2.5m/sA2質(zhì)量流量為：M=、=水丫拊3=490（&/5）3.5水從鉛直圓管向下流出，如圖3.28所示。已知管直徑di=10cm,管口處的水流速度vI=1.8m/s,試求管口下方h=2m處的水流速度V2,和直徑d2。解：以下出口為基準(zhǔn)面，不計(jì)損失，建立上出口和下出口面伯努22利方程：h+/_+vL=0+v-2g2g代入數(shù)據(jù)得：v2=6.52m/s由v1A=v2A2得:d2=5.3cm3.6水箱側(cè)壁接出一直徑D=0.15m的管路，如圖3.29所示。已知h1=2.1m,h2=3.0m,不計(jì)任何損失，求下列兩種情況

10、下A的壓強(qiáng)。(1)管路末端安一噴嘴，出口直徑d=0.075m；(2)管路末端沒(méi)有噴嘴。2解：以A面為基準(zhǔn)面建立水平面和 A面的伯努利方程：h+旦+2+ 0 = 0+乙+&_ 122g以B面為基準(zhǔn)，建立A,B面伯努利方程:(1)當(dāng)下端接噴嘴時(shí)，VaAa=VbAb解得va=2.54m/s,PA=119.4KPa(2)當(dāng)下端不接噴嘴時(shí)，va=vb解得PA=71.13KPa3.7如圖3.30所示，用畢托管測(cè)量氣體管道軸線上的流速Umax,畢托管與傾斜(酒精)微壓計(jì)相連。已知d=200mm,sin”h222D Va PA = 0 VbPa2 2g2g=0.2,L=75mm,酒精密度p1=800k

11、g/m,氣體密度p2=1.66Kg/m;Umax=1.2v（v為平均速度），求氣體質(zhì)量流旦里。解：此裝置由畢托管和測(cè)壓管組合而成，沿軸線取兩點(diǎn)，A（總壓測(cè)點(diǎn)），測(cè)靜壓點(diǎn)為B,過(guò)AB兩點(diǎn)的斷面建立伯努利方程有:2vA2g2vmax2g其中ZA=ZB,vA=0,此時(shí)A點(diǎn)測(cè)得的是總壓記為PA*,靜壓為PB不計(jì)水頭損失，化簡(jiǎn)得*12PA - PB = T P氣 vmax2由測(cè)壓管知：d Q = （p _PA -PB酒精p氣）gLcosa由于氣體密度相對(duì)于酒精很小，可忽略不計(jì)。由此可得vmax2gL：1 cosa：2氣體質(zhì)量流量：vmax a1.2代入數(shù)據(jù)得M=1.14Kg/s3.9如圖3.32所示，一

12、變直徑的管段AB ,直徑dA=0.2m，dB=0.4m，高差 h=1.0m，用壓強(qiáng)表測(cè)得PA=7x10 Pa, PB = 4x10 Pa,用流量計(jì)測(cè)得管中流量 Q=12m3/min,試判斷水在管段中流動(dòng)的方向，并求損失水頭。解：由于水在管道內(nèi)流動(dòng)具有粘性，沿著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(dòng)方向。AA C 12 ,3 ,、vaAa =vbAb =Q （m /s）60=va = 6.366m/s,vb = 1.592m/sHA =0+與+匕=9.2m12gHB=hPbvb=5.2mB2g即：管內(nèi)水由A向B流動(dòng)。以過(guò)A的過(guò)水?dāng)嗝鏋榛鶞?zhǔn)，建立A到B的伯努利方程有:220 +

13、v =h +國(guó)+漢 +h2g2g代入數(shù)據(jù)得，水頭損失為 hw=4m第九章1.對(duì)正在凝固的鑄件來(lái)說(shuō)，其凝固成固體部分的兩側(cè)分別為砂型 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。> 0 時(shí)九二q(x, y, z,t).:n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(shí) Tw=f( T )注：實(shí)際鑄件凝固時(shí)有氣隙形成，邊界條件復(fù)雜，常采用第三類邊界條件(無(wú)氣隙)及固液分界面,鐐件凝固時(shí)溫度分布示意圖3.用一平底鍋燒開水，鍋底已有厚度為 3mm的水垢，其熱導(dǎo)率 入為1W/(m - °C)。已知 與水相接觸的水垢層表面溫度為 11

14、1 C。通過(guò)鍋底的熱流密度 q為42400W/m2,試求金屬 鍋底的最高溫度。解：熱量從金屬鍋底通過(guò)水垢向水傳導(dǎo)的過(guò)程可看成單層壁導(dǎo)熱，由公式(9-11)知訂二一二 42400 3 101= 127.2° CT=t1-t2=t1-111C,得t=238.2C4.有一厚度為20mm的平面墻，其熱導(dǎo)率入為1.3W/(mC)。為使墻的每平方米熱損失不超過(guò)1500W,在外側(cè)表面覆蓋了一層入為0.1W/(mC)的隔熱材料，已知復(fù)合壁兩側(cè)表面溫度分布750c和55C,試確定隔熱層的厚度。解：由多層壁平板導(dǎo)熱熱流密度計(jì)算公式(9-14)知每平方米墻的熱損失為T1 -丁2三 1500750 - 55

15、0.0221.30.1三 1500得2-44.8mm6 .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i=58.2W/(mC),?2=0.116W/(mC)。已知管道內(nèi)表面溫度為240c,石棉層表面溫度為40c,求每米長(zhǎng)管道的熱損失。解：由多層壁圓管道導(dǎo)熱熱流量公式(9-22)知T1=240°C,T3=400C,d1=0.16m,d2=0.17m,d3=0.33m,1=58.22-0.116所 以 每 米 長(zhǎng)道 的 熱 損 失 為2 二(I -生d1d_3d22 3.14 (240-40) 0.17 0.33l

16、 n -Z-TZl n - . _0.160.1758.20.1162 3.14 2000.001 5.718=219.6w/m而d2 = d1 +2占得出9.1= _(d22解：UI = =15 0.123 =1.845w,、.150 -75_一=37.5mm = 0.0375m27 .解：1000查表九=2.1+0.00019t,已知3=370mm=0.37m,t=(1650C+300C)=975C22.285252%二2.10.00019975=2.285525,qiT=(1650-300)037=8338.07w/m8 .外徑為100mm的蒸汽管道覆蓋隔熱層采有密度為20Kg/m3的超

17、細(xì)玻璃棉氈，已知蒸汽管外壁溫度為400C,要求隔熱層外壁溫度不超過(guò)50C,而每米長(zhǎng)管道散熱量小于163W,試確定隔熱層的厚度。0解：已知t1=400七&=0.1m,t2M50°C,：二163w.查附錄C知超細(xì)玻璃棉氈熱導(dǎo)率=0.0330.00023t-0.08475>tJ0,50=225°C由圓筒壁熱流量計(jì)算公式(9-20)知:23.140.08475(400-50)得d2=0.3141-d1)=-(0.314-0.1)=0.107m帕ad2 T= 0.3561.8450.03753.140.0750.15(52.8-47.3)10 .在如圖9-5所示的三層平

18、壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，已測(cè)的ti,t2,t3及t4分別為600C,500C,200c及100C,試求各層熱阻的比例b=步0解：根據(jù)熱阻定義可知Rt,而穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)各層熱流量相同，由此可得各層熱阻之比為qRti:Rt2：Rt3=(tl-t2)：(t2-t3)：(t3-t4)=100:300:100=1:3:111 .題略.x0.5解：(參考例9-6)N=00.45792at2，、0.69*10*120*3600查表ef(N)=0.46622,代入式得T=Tw+(T0Tw)erf(N)二1037(293-1037)*0.466221k709.3k12 .液態(tài)純鋁和純銅分別在熔點(diǎn)(鋁660C,銅1083C)

19、澆鑄入同樣材料構(gòu)成的兩個(gè)砂型中，砂型的密實(shí)度也相同。試問(wèn)兩個(gè)砂型的蓄熱系數(shù)哪個(gè)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b=由。兩個(gè)砂型材料相同，它們的熱導(dǎo)率入和比熱容c及緊實(shí)度都相同，故兩個(gè)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(shí)，澆注純銅時(shí)由于溫度較純鋁的高，砂型的熱導(dǎo)率會(huì)增大，比熱和密度基本不變，從而使得砂型蓄熱系數(shù)會(huì)有所增大13 .試求高0.3m,寬0.6m且很長(zhǎng)的矩形截面銅柱體放入加熱爐內(nèi)一小時(shí)后的中心溫度。已知：銅柱體的初

20、始溫度為20C,爐溫1020C,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)a=232.6W/(m2：C),入=34.9W/(mC),c=0.198KJ/(KgC),p=780Kg/m3。解：此題為二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，參考例9.8,可看成兩塊無(wú)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：圖兩塊無(wú)限片平板正交那成的無(wú)限長(zhǎng)高形體熱擴(kuò)散率a=34.92.26*10-”0.198*103*7800m2/s(Bi)232.6*0.334.91.999(F0)xat7 42.26*10 * 3600(W:0.904(Bi)y二、：2232.6*0.1534.90.9997c2 =0.

21、59n = 1 411_5一、at2.26*10*3600”(F0)y二2二23.62、.2(0.15)6e查9-14得，（.=0.45,（兒=0.08飛入y鋼鏡中心的過(guò)余溫度準(zhǔn)則為（m）=（U）x（二m）y=0.45*0.08=0.036入入%y中心溫度為Tm=0.036%+Tf=0.036*(293-1293)+1293=1257k=984C15.一含碳量Wc=0.5%勺曲軸，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/（Kg6）,密度為7840Kg/m3,熱導(dǎo)率為42W/（mC）,冷卻過(guò)程的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)取為29.1W/

22、（m2.C）,問(wèn)曲軸中心冷卻到30c所經(jīng)歷的時(shí)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(shí)，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(shí)間。的一元函數(shù)而與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)，這種忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的簡(jiǎn)化方法稱為集總參數(shù)法。通常，當(dāng)畢奧數(shù)Bi<0.1M時(shí)，采用集總參數(shù)法求解溫度響應(yīng)誤差不大。對(duì)于無(wú)限大平板M=1,無(wú)限長(zhǎng)圓柱M=1/2,球體M=1/3。特性尺度為8=V/F。29.1*7.84784042.0*870*10"1:0.007 < 0.1M =0.1*0.052傳熱學(xué)第二經(jīng)上述驗(yàn)算本題可以采用此方法計(jì)算溫度隨時(shí)間的依變關(guān)系。參閱楊世銘編版，P

23、105-106，公式(3-29)Vt-tfR=二e1t-t0101f其中F為表面積，”為傳熱系數(shù)，。為時(shí)間，tf為流體溫度，V為體積。代入數(shù)據(jù)得:30-20二e600 - 2029.1*870*10 -7.84*418.7- 1_7.712*10 -1-7-7/ic*/ic-4 一=e = ln = 7.712*10 .二5858.=5265s第十章對(duì)流換熱1. 某窖爐側(cè)墻高3m,總長(zhǎng)12m,爐墻外壁溫tw=170C。已知周圍空氣溫度tf=30C,試求此側(cè)墻的自然對(duì)流散熱量（熱流量）（注：原答案計(jì)算結(jié)果有誤，已改正。）解：定性溫度t=（tw+tf2=（170+30%=100c定性溫度下空氣的物

24、理參數(shù)：九=3.21M10/w.m-1.C，v=23.13父10，守,Pr=0.688特征尺寸為墻高h(yuǎn)=3m.則:= 9.81(170 30) 33(273 100) (23.13 10號(hào)20.688 =1.28 1011109故為湍流。查表10-2,得c=0.10,n=%二Nu=c(GrFr)n=0.1父(1.28M1011)；3=504a=Nu，jH=504x3.21父10%=5.39%2%A=aA(tw-tf)=5.39父3M12父(170-30)=2.72*104w2. 一本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(wèn)：從加速冷卻的目的出發(fā)，柱體應(yīng)水平還是豎直放置（

25、輻射散熱相同）？試估算開始冷卻的瞬間兩種情況下自然對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?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(shí)，特征尺寸為柱體外徑；豎直放置時(shí)，特征尺寸為圓柱長(zhǎng)度，L>d。近似地采用穩(wěn)態(tài)工況下獲得的準(zhǔn)則式來(lái)比較兩種情況下自然對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，則有：（1） 7K平放置.（GrPr）1=gVTl3/Tv2=gTd3/Tv2,Nu1=G（GrPr）1n,°-0.53n=14(2)豎直放置.(GrPr)2=gVTl3/Tv2=gVTL3/Tv2,NU2=C2(GrFr)2nNuiNU2=G(GrPr)1n.c2(GrPr)2n=05

26、3(d)340.59L0.53,1.34：1：2=Nu1Nu2=()10=1.6:1dL0.5910由此可知：對(duì)給定情形，水平放置時(shí)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(zhǎng)500mm,寬200mm,工件表面溫度220C,室溫20C,試求工件熱面自然對(duì)流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(對(duì)原答案計(jì)算結(jié)果做了修改)解：定性溫度t=twf=220+20=120C22定性溫度下空氣的物理參數(shù)：兒=3.34x10Nw.m,v=25.45x10'm2.s,，Pr=0.686500200特征尺寸，L=350mm=0.35m232熱面朝上：GrPr'gTPT：9

27、.81(220220)0.350.686=2.267108106,vT(25.4510)(273120)故為湍流。查表得c=0.15,九=1/3.Nu=c(GrPr)n=0.15(2.267108)1/3=91.4623.34102c:=Nu=91.46=8.73w.(m2C)L0.354.上題中若工件熱面朝下散熱，試求工件熱面自然對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)解：熱面朝下：105<GrPr<1011,層流，查表得c=0.58,n=1/5Nu=0.58(2.267尤產(chǎn)=27.1973.3410-N=Nu-=29.1972.595wm2CL0.355.有一熱風(fēng)爐外徑D=7m,高H=42m,當(dāng)其外表

28、面溫度為200C,與環(huán)境溫度之差為40C,求自然對(duì)流散熱量(原答案缺少最后一步，已添加)解：定性溫度t=200(200-40)=180C2定性溫度下空氣的物性參數(shù)為：=3.7810。#C，v-32.4910“m2.s，Pr-0681依題應(yīng)為垂直安裝，則特征尺寸為H=42m.GrPrg'THv2Tpr_ -_ 39.81 40 42(32.49 10-6)2 (180 273)0.681=4.14 1013,1查表得c=0.1n=13Nu=0.1(4.141013)0.333=1590.27_2= 3.1w m2 C1590.273.781042自然對(duì)流散熱量為Q=iA(Tw-Tf)=3

29、.1二74240=1.145105W7.在外掠平板換熱問(wèn)題中，試計(jì)算25c的空氣及水達(dá)到臨界雷諾數(shù)各自所需的板長(zhǎng)，取流速v=1m/s計(jì)算，平板表面溫度100c（原答案計(jì)算有誤，已修改）解：定性溫度為tm-tw-tf=10025=62.5C22（1） .對(duì)于空氣查附錄計(jì)算得v62.5 C18.9720.02 -18.97102.510= 19.23 10m2/sc-0.171n = 0.61813Re=v：lv=l=Revv：=510519.2310"61=9.62m（2） .對(duì)于水則有：v625c=J0.478-0.4780.415X2.510=0.462父10'm2/sI1

30、0Re=vj,v=l=Revvq=51050.46210/1=0.231m8.在穩(wěn)態(tài)工作條件下，20c的空氣以10m/s的速度橫掠外徑為50mm管長(zhǎng)為3m的圓管后，溫度增至40Co已知橫管內(nèi)勻布電熱器消耗的功率為1560W試求橫管外側(cè)壁溫（原答案定性溫度計(jì)算有誤，已修改）解：采用試算法假設(shè)管外側(cè)壁溫為 60 C,則定性溫度為t =(tw tf). 2 =(60 20), 2 =40 C查表得 m =2.76 10'w.m.Cvm -16.96 10上 m2s,P尸0.6991050104_Re=Vd/v=26-=2.951044000<Re<40000,16.9610=98

31、.985c = 0.171n = 0.618:-Nu - =95.49dvdVf吸 _0.076 0.022vf 3.14 0.0382 22.10 10”44=1.67父10 >10為旺盛湍流。Nu=cRen=0.171(2.95104嚴(yán)18=Nu=98.9853-=55.975wm2.Cd5010多A=aA(Tw-Tf)即：1560=55.9753.145010-3(Tw-20)=Tw=79.17C與假設(shè)不符，故重新假設(shè)，設(shè)壁溫為80C.則定性溫度tm=(tw-tf)=(80+20)=50：C22查表得m=2.8310-w.m-."C-vm=17.95M106m2.s/，R

32、=0.698/3v=10M50'叱=2.79父104,4000<Re<40000,.17.9510Nu=cRen=0.171(2.79104)0.618=95.492.9010'23-=55.38wm.C5010A=aA(Tw-Tf),即：1560=55.38父3.14父50M10晨3M(Tw-20)=Tw=79.80'C與假設(shè)溫度誤差小于5%,是可取的。即壁面溫度為79.80C.10.壓力為1.013*105Pa的空氣在內(nèi)徑為76mm的直管內(nèi)強(qiáng)制流動(dòng)，入口溫度為65C,入口體積流量為0.022m3/s,管壁平均溫度為180C,試問(wèn)將空氣加熱到115c所需管

33、長(zhǎng)為多少？65115解：強(qiáng)制對(duì)流定性溫度為流體平均溫度流體平均溫度Tf=65115=90°C,杳杳附錄F2得.f=22.1010m2.sJ,f=3.1310,w/m0C,Cp1.009103J/Kg.0CPrf=0.69,f=21.510“Pa.S2310-23 或 24)計(jì)算 Nuf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（即Tw=180°C,Prw=0.618,w=25.310“Pa.S080.3fx0.1440.80.321.510-0.14Nuf=0.027RefPrf(一)=0.027(1.6710)0.69(25310)=56.397f56.39

34、73.1310220c=23.23w/m.C0.076質(zhì)量流量qm=qv.：=0.0220.972=0.0214Kg/s3散熱量Q=qm.Cp(T2-1)=0.02141.00910(115-65)=107963JQ=A(Tw-Tf)=:二dl(Tw-Tf)1079.6323.23(180-90)3.140.076=2.14(m)l214一一.因?yàn)長(zhǎng)=土4=28.16（60,所以需要進(jìn)行入口段修正。d0.0760.70.76入口段修正系數(shù)為鳥='1+91='1+00761=1.1<D22.14)_2_二=；11=1.123.24=25.48w/mC1079.6325.48

35、180-903.140.076=1.97m（方法二）定性溫度為流體平均溫度1查附錄F得,Pr/=0.59=215，10y九$I=22I。，1。-耳并產(chǎn)sr%=3,1'16、'/膽氣r=1CK)910VK/C=0.972相；"在入口溫度下p-I0045炫/故進(jìn)口質(zhì)量況量：南:0.022/"LOO45Ax=2.29Xxl(f25網(wǎng)=_i2298102_i-9心id7曲電B14>00'6215k|Q6先按"60計(jì)，A；.=0.023x(179x10)oax069n=500850.08IO_：-25a=-=20.62m-/m2C0076空氣在

36、115XZ時(shí)，T。%，“依&*)65c時(shí)，C；-l007k/feJC)故加熱空氣所需熱量為:Q=m(C簿-C弭)=0.02298，(1.009J05115-1007103x65)二1162,卻'由大溫差修正關(guān)系式得:所需管長(zhǎng):273 I 90、2757180；= 0.8X5-2.96(7)11620.620.885(18090)?.I40076/Id2.9Gh，0.07(y=386<6(.)需進(jìn)行短管修正匚f=1+(，/廠=1.0775所需管長(zhǎng)為2.96/L0775=2.75m11.解：tf=30七時(shí)，P冰=5.42,Pr空=0.701,a=Nu1，Nuf=0.023Re

37、0.8Pr0.4202/0、，冰=61.8父10wmC,?-空=2.67父10wmC0.42a水與空Pr水乂九水z5.420.4,61.8M1004=()(2)55.25Pr空父，一空0.7012.67x1012.管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流湍流時(shí)的換熱，若Re相同，在tf=30C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tf=30C查附錄D得到：Prf7K=5.427.7K=61.810-w.mJ查附錄F得到：Pf空氣=0.701上空氣=2.67M10Nw.mC為湍流，故Ref相同0.80.4Nuf水=0.023 RefPr0.80.4Nuf空氣=0.023 Ref P"空氣04 61.

38、8x 10-2.67 10= 52.460r-j0r-j0.4'-水(5.42(Prf水/Prf空氣)(，空氣0.701在該條件下，水的表面彳熱系數(shù)比空氣高52.46倍。第十一章輻射換熱1. 100W燈泡中鴇絲溫度為2800K,發(fā)射率為0.30。（1）若96%的熱量依靠輻射方式散出，試計(jì)算鴇絲所需要最小面積；（2）計(jì)算鴇絲單色輻射率最大時(shí)的波長(zhǎng)解：（1）鴇絲加熱發(fā)光，按黑體輻射發(fā)出連續(xù)光譜a=6=0.3,Cb=5.67W/（m2K）-2800T,12二81cbA=100*96%<100）將數(shù)據(jù)代入為：0.3*5.67A12800I=96=A1=9.2*10-5/100（2）由維恩

39、位移定律知，單色輻射力的峰值波長(zhǎng)與熱力學(xué)溫度的關(guān)系36九mT=2.8976*10m.k,當(dāng)T=2800k時(shí)，人m=1.034*106m3.一電爐的電功率為1KW,爐絲溫度為847C,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(zhǎng)？解：由黑度得到實(shí)際物體輻射力的計(jì)算公式知：中=AE=A1Eb=；QbA（三）4=103*0.96="Cb（二Dl）（1）4100100一3847273430.95*5.67*3.14*10*l*(83)=0.96*10=l=3.607m1004,試確定圖11-28中兩種幾何結(jié)構(gòu)的角系數(shù)X12解：由角系數(shù)的分

40、解性得：X1,2 =X1,（2手）X1,b由角系數(shù)的相對(duì)性得:X1,b - X B,1AbA1=Xb,1(1.5)21.5二 |XB,1X b,1 - X B,(1 -A) - X B, AX 1,(2 B) - X (2 B),1A2 BA12.5*1.5(2 B),1 -1.5X(2 B),1X (2 B),1 = X(2 b),a - X (2，B),(1 -A)所以 X(2 B),1 -X (2 B),(1 -A) - X (2，B),AY，Z對(duì)于表面B和(1+A),X=1,5、Y=1,5、Z=2時(shí)，一=1,一=1.333杳表得xx'Y.ZXb(14A)=0.211,對(duì)于表面B

41、和A,X=1,5,Y=1,5,Z=1,=1,一=0,667,xx查表得Xb,a=0,172,所以Xb,1=Xb,(1分)Xb,a=0.2110.172=0,039,.3.3.，一一X1,B=-XB,1=£*0.039=0.0585。對(duì)表面(2+B)和(1+A),X=1.5,Y=2,5,Z=2,YZ一=1,667,=1,333,查表得X(24b),(ua)=0,15。對(duì)于表面(2+B),A,X=1,5,Y=2,5,Z=1,xxY-1.667,-=0.667,查表得X(2B)A=0.115,XX,所以 X(2 b),1=X(2，b),(1 .A)x(2七),A =0.15 0.115 =

42、 0,035 ,5X1,(2七)=3X(2書),1=2,5*0,035=0.0875=X1,2=X1,(2出)-X1,B=0.08750.0585=0,029由角系數(shù)的分解性X 1,2= X2A2 =X2,115 =X2,1A11.5X2,1 =X2,(14A X2,a，對(duì)表面 2 和 A,X=1,5, Y=1 ,YZZ=1,一=0.67,=0.67,查表得X2,a=0.23。對(duì)面2和(1+A),X=1,5,Y=1,Z=2,xxYZ一二0.67,=1.33,Xx查表得X2,(1鈉=0.27=X2,1=X2,(i#)-X2,a，代入數(shù)據(jù)得X2,1=0.04,所以X1,2=X2,1=0.045 .

43、兩塊平行放置的大平板的表面發(fā)射率均為的間距遠(yuǎn)小于板的寬與高。試計(jì)算（1）板板1的反射輻射（4）板1的有效輻射（5）量0.8,溫度分別為 1的本身輻射（2） 板2的有效輻射（ti=527C 和 t2=27 C,板 對(duì)板1的投入輻射（3）6）板1與2的輻射換熱射換熱，輻射熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖，包解：由于兩板間距極小，可視為兩無(wú)限大平壁間的輻括空間熱阻和兩個(gè)表面輻射熱阻。 £ = a =0.8 ,輻射換熱量計(jì)算公式為（11-29）q1,2,12( Eb1 - Eb2 )11-11；21110.8 0.8一 一 2= 15176.7W/m- q1,2中1(Eb1 -J1)A1，同理q1,2 =J2

44、-Eb21 - ；2；2其中Ji和2為板1和板2的有效輻射,將上式變換后得5.671-0.8-1517.7 - 0.8工=國(guó)92(=5.67(常=19430.1W/m2J2=Eb2+q1,2=567x霜卜15"常=4253.4W/m24= 18579.5W/m2故：（1）板1的本身輻射為E1=?Eb1=0.85.67黑1駟100(2)對(duì)板1的投入輻射即為板2的有效輻射G1=J2=4253.4W/m2(3)板1的反射輻射為，p1=1-a=0.2,:G1=51J2uJ1-Eb1=19430.1-18579.5=850.68W/m2（4）板1的有效輻射為J1=19430.1W/m2（5）板2的有效輻射為J2=4253.4W/m22（6）由于板1與2間的輻射換熱量為：q1,2=15176.7W/m6 .設(shè)保溫瓶的瓶膽可看作直徑為10cm高為26cm的圓柱體，夾層抽真空，夾層兩內(nèi)表面發(fā)射率都為0.05。試計(jì)算沸水剛注入瓶膽后，初始時(shí)刻水溫的平均下降速率。夾層兩壁壁溫可近似取為100c及20cACb二 DhCb解：1，1,2 =A（Eb