熱工基礎(chǔ)習(xí)題答案9--12

1、9109.4題略S 1= 0.02 m已知：入 1=1.3 W/ ( mC)qmax = 1830 W/m入 2= 0.35 W/ ( m C)twi =1300 Ctw2= 30 C求：、：2 二？910910解：由多層壁導(dǎo)熱公式: ；t可得：；1-：2十1八-2；20.020.35 = 0.2 3 7 5m1 .3910910結(jié)論：保溫層最小厚度為237.5 mm。9.5題略此題3層圓筒壁導(dǎo)熱問題(1) 每米管長的各層熱阻分別為(由內(nèi)向外排序)1 d210.174R MIn -In166 .35710 一 m K /W此 2 兀人d,2 兀 X 0.580.161 d310.23R l2I

2、nIn0.283 m -K /W2 克bd22兀漢 0.170.171 d410.29R 13InIn0.3967 m - K / W2 兀入3ds 2 X 0.0930.23每米管長的總熱阻(R .m 0)4R=166.357 100.283 0.39 67 = 0.67 9 7 m K /W扎(2) 每米管長的熱損失為qIt1 t4InR l300 -500.6797二 367 .8W /m910910(3) 各層接觸面的溫度由于通過每層的ql相同，即qlw1- tw 2RI1910-4tw2 二 twi -qR= 300 -367.8 166 .357 10293 .88同理，tw3 =

3、twql R = 293 .88 _ 367 .80.283 = 189.79 C9.7題略52已知：d =50 mm ; -85W/(m C ) ; a=2.9510 _m / s ； t0= 300 C ；2tf =36 C ； h =30 W /(m C ) ; t =90C求：銅球達到90 C時所需的時間hR 300.025厶、解：寫 Bi0.0088 V 0.1可以用集總參數(shù)法Z85t-tfhA=exp()to- t f:C；-cVIn hAt -tft。-tfV t -tfIn t。-tfahA9.10題略43R352.9510 一 304 二R8590361270 s = 21

4、.17300 -36此題為2層平壁導(dǎo)熱問題，分析同9.7 (略)第10章10.1 內(nèi)徑20mm的管子，壁溫恒定為200 C,空氣入口溫度 20C,入口流速20m/s。求空氣出口溫度達60 C時所需的管長。解：定性溫度tf1(tf tf ) =40 C2由附表9得:幾=1.128 kg/mcp =1.005 kJ/(kg K) ,，f =2.7610 W/(mK),f =16.9610 $2m /s , Pr f = 0.699由于管內(nèi)流體為空氣，應(yīng)將進口處流體溫度下的流速修正到f下的流速。由流體連續(xù)性方程（穩(wěn)定流動，質(zhì)量流量相等），有 q m1 = qm fRgTGTf40 - 273u fU

5、1U120 二 21.365(m/s)fT120 - 273雷諾數(shù)uf diRe fVf21 .3650.02-25195 1016.9610（湍流）由管內(nèi)湍流強迫對流換熱準則方程：NUf = 0.0 23 Re；8 Pr：4 coCrf0.80.4得：h - 0.023 Re f Pr fct c,crdi本題氣體被加熱,管長未知，暫取Cl =1，最后進行校合。CR = 1/. .f0 .8h =0.023Refd ii0.4Prf 5c|Cr22.76 X10 -=0.023251950.020.80. 40.699=0.031743319.330.86650.7968 =72.75W /

6、( m 2K)由熱平衡關(guān)系：- 2二 djlh 仇-tf )d i Uf :-fCp(tf _tf )40.02dil:UffCp(tf tf4h(tw -t f)3)= 21 .3651 .1281.0051040472.75 (200 -40)= 0.4162(m)10.7 空氣在內(nèi)徑為50mm的管內(nèi)流動，流速為 15m/s,壁面溫度tw= 100C,管長5m。如 果空氣的平均溫度為200C,試求從空氣到壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h和空氣傳給壁面的熱量。已知：d =0.05 m u =15 m / stw =100 Cl = 5 m tf = 200 C求：對流換熱系數(shù) h及換熱量$解：根據(jù)tf

7、= 200C，查附表9，得：_ 2 6 2 f =3.9310 一 W /( m k) ; f = 34 .8510 一 m /s ; Pr f = 0.680 ；Prw =0.688ud 15 X 0.0504Re f孑= 2152110；vf 34 .85 X10 一屬于旺盛紊流，選用公式(10.17a), ct =1 , 5=1 , cR =1_0.80.4h = 0.023 ( f / d i) Re f Pr f ccCr_2_30.80 .4二 0.023(3.9310/5010)215210.681112補充例題： 一電爐的電功率為 1kW，爐絲溫度847C，直徑為1mm，電爐的

8、效率（輻射功率與電功率之比）為0.96。試確定所需爐絲的最短長度。若爐絲的發(fā)射率為0.95，則爐絲的長度又是多少?4AE bf T 、解：0.96 2二r l Co0.96WW（100 丿0.96 W0.96 X1000丨 1 =4 4 = 3.425 mf T 、 兀 X0.001 漢 5.67 匯 11 .2nd Co嚴丿= 3.425 m卄A 吒 b., 丨13.425右；= 0.95 ,0.96 ；123.601 mW0.950.9511.6玻璃暖房的升溫作用可以從玻璃的光譜穿透比變化特性得到解釋。有一塊厚為3 mm的玻璃，經(jīng)測定，其對波長為0.32.5m的輻射能的穿透比為0.9，而對

9、其它波長的輻射能可以認為完全不穿透。試據(jù)此計算溫度為5800 K的黑體輻射及300 K的黑體輻射投射到該玻璃上時各自的穿透比。解:Eb丄（Fb（o _，2）- Fb（o _j）Eb噸 i2（Fb（0_.2）- Fb（0_1）；當(dāng) T = 5800 K 時，J = 0.35800 =1740 Jm K ;2T = 2.55800 =14500 Jm K ；查表 10-1 得：Fb（0 衛(wèi).3）=3.2956 % ；Fb（0 _0.2.5）= 96.5625%；. = 0.9（96 .5625 -3.2956 ）% =83.94 %當(dāng) T = 300 K 時， T = 0.3300 =90 Jm

10、K ;= 2.530 0 = 7 50 歸 K ；查表 10-1 得：Fb（0.3）=2.907 X10 % ；5熱罩11.9在圖4 22所示的半球狀殼體中，發(fā)射率；3 =0.475的半球表面3處于輻射熱平衡;3Fb（O _0.2.5 = 24.225 漢10 % ；3.= 0.9 （0.024225 一2.90710 -） =0.0192 %溫度越高，在0.3-2.5卩m （主要為可見光和紅外線）的輻射能越大，投射到玻璃上時的穿透比也越大。11.7用熱電偶溫度計測得爐膛內(nèi)煙氣的溫度為 800C,爐墻溫度為600C。若熱電偶表面與 煙氣的對流換熱系數(shù) h=500W/（m 2 C ）,熱電偶表面

11、的發(fā)射率為 0.8，試求煙氣的真實溫度。2已知：ti = 800C, tw = 600 C , h=500 W/ （ m C） , 1= 0.8求：tf = ?解：本題可由熱平衡法求解。熱輻射：44A1VVA2二 1 - ；1A1；b（T1 -Tw）對流換熱：2 = hA1 （T f ）在穩(wěn)態(tài)下：1二2144Tf；二（Tw ） = 1140 .56 K =867.56 Ch為減少測量誤差，可利用以下措施： 減少i （采用磨光熱電偶表面的方法，但往往由于生銹和污染而降低效果） 提高接點處的h值（可采用抽氣裝置來加大流速）； 管外敷以絕熱層，使 Twf; 加設(shè)遮熱罩（遮熱罩兩端是空的，使 廢氣能與

12、接點接觸）。接點與壁面之間有輻射換熱，其輻射換熱量即 為接點的熱損失，這一損失，應(yīng)通過廢氣對接點的對流換熱進行補償。底部圓盤的一半表面 1為灰體，v =0.35 ,=555 K ;圓盤另一半表面 2為黑體，T2 =333 K。半球的半徑 R =0.3m。試計算：（1）表面3的溫度；（2）表面1和2的 凈輻射傳熱量。解：分析：表面1和2之間的角系數(shù)為零，所以表面 1和2的凈輻射傳熱量為零；表面 3 處于輻射熱平衡，即表面 3從表面2得到的熱量等于表面 3向表面1輻射的熱量。則 2,3 = 1,3Eb2 Eb3Eb3 Ebi1 z211 31 - 311 - &A22A2X 2 ,3A3 名3A3

13、 名3A1X1,3A1 &其中：A1=A2, X2, 3 =X 1, 3 =1，除Eb3外，其余均為已知量，帶入可求得Eb3，從而求得表面3的溫度T3。第十二章傳熱過程和換熱器熱計算基礎(chǔ)12.1冬季室內(nèi)空氣溫度tf1=20C，室外大氣溫度tf2=10 C,室內(nèi)空氣與壁面的對流換熱系 數(shù)h1=8W/(m (1)、(2)聯(lián)立求解，可求得 q和墻的厚度3。12.5 一直徑為2mm、表面溫度為90C的導(dǎo)線，被周圍溫度為 20C的空氣冷卻，原先裸線 表面與空氣的對流換熱系數(shù)h=22W/(m 2 C )。如果在導(dǎo)線外包上厚度為 4mm的橡膠絕緣層，其導(dǎo)熱系數(shù) Q0.16W/(m C )，絕緣層外表面與空氣

14、的對流換熱系數(shù)h=12W/(m2 C )，若通過導(dǎo)線的電流保持不變，試求包上橡膠絕緣層后的導(dǎo)線溫度tw及該導(dǎo)線的臨界絕緣直徑味。C )，室外壁面與大氣的對流換熱系數(shù)h2=20W/(m2C )，已知室內(nèi)空氣的結(jié)露溫度td=14 C,若墻壁由 啟0.6W/(m C )的紅磚砌成，為了防止墻壁內(nèi)表面結(jié)露，該墻 的厚度至少應(yīng)為多少？解：傳熱問題熱阻網(wǎng)絡(luò)：熱流密度t f1 - t f 2t f1 - t f 2q Rd R .Rc2(1)h1h2若墻壁內(nèi)壁面溫度 t=td=14C時會結(jié)露,由于串聯(lián)熱路中q處處相等，所以tw - t解：未包絕緣層時，每米導(dǎo)線對空氣的傳熱量為:3=210 泊 22(90 _

15、 20)二-3.08 二由于包上絕熱層后電流保持不變，則傳熱量亦不變。即:丄丄in主二 h2d22：工 dt=3.08 二冷卻水流量qm,2qm,1cp,1 t1 Tc p,2 t2 t2 qv,1C Cp,1 切7cp ,2 02 t2 )其中：233tf =20 C ； h2 =12 W /(m C ) ; d2 =(2 8)10 一 m ； d210 一 m =0.16 W /( m C )則得：tw = 33.36 C V 90 C2 ns2 ： 0.162臨界直徑d c 一2.610 - mh212導(dǎo)線直徑遠小于de,所以包裹絕緣層后有利于散熱。228 .813 .70 kg / s

16、4.17436 -321 2型殼管式換熱器屬混合流，查圖得 -=0.97對數(shù)平均溫差t max - - : tminit m =屮-: tmaxIn 厶 tmin=16.181 C屮(57 _36) _ (45 _32)(57 _36)In(45 _32)則.tm =16 .181 C ?？倱Q熱系數(shù)1K :11+ mh2=370 .37 W /(m C )1 1+4005000所需換熱面積:q228 .8 10002A-=38.18 mK J：tm370 .37 16 .1812=43 .122 W/(m C)=hA(tw tf)二 h 二 dl (tw -tf )= 43.122 U 50105(200 -100 ) = 3386 .81 (W )312.9 設(shè)計一臺1 2型殼管式換熱器，要求把體積流量