項(xiàng)流體對流換熱及準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式

1、.第六章單項(xiàng)流體對流換熱及準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式復(fù)習(xí)題1 試定性分析下列問題:(1) 夏季與冬季頂棚內(nèi)壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是否一樣？(2) 夏季與冬季房屋外墻外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是否一樣？(3) 普通熱水或蒸汽散熱器片型高或矮對其外壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是否有影響？(4) 從傳熱觀點(diǎn)看，為什么散熱器一般都放在窗戶的下面？(5) 相同流速或者相同流量的情況下，大管和小管（管內(nèi)或管外）的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會(huì)有什么變化？(6) 分析太陽能平板集熱器可能涉及的傳熱問題。（有條件時(shí)應(yīng)參照實(shí)物）2 傳熱學(xué)通常把“管內(nèi)流動(dòng)”稱為內(nèi)部流動(dòng)，將“外掠平板，外掠圓管”等稱為外部流動(dòng)，請說明它們的流動(dòng)機(jī)制有什么差別。這些對流換熱問題的數(shù)學(xué)描寫

2、有什么不同？3 是否可以把管內(nèi)流動(dòng)也視為邊界層型問題，采用邊界層微分方程求解？為什么？4 圖616為帶有不同垂直隔斷的空間，左右兩壁溫度t1>t2,內(nèi)隔斷不絕熱，但前后壁、上頂及地面均為絕熱面，試?yán)L出這些空間內(nèi)空氣自然對流循環(huán)圖。5 圖617是三種散熱器熱水進(jìn)出口方法，試從受迫對流，自然對流，混合對流的機(jī)理分析這些散熱器內(nèi)的流動(dòng)情況，穩(wěn)定性及可靠性。6 試設(shè)計(jì)測定管斷面和全管長流體平均溫度的實(shí)驗(yàn)方法。7 試設(shè)計(jì)使供熱設(shè)備表面為常壁溫和常熱流條件的方案。8 垂直管內(nèi)流體向上或向下流動(dòng)被加熱或被冷卻時(shí)，自然對流對速度場的影響如何？試作速度場變化示意圖.9 一個(gè)熱的豎壁在空氣中垂直向上運(yùn)動(dòng)，假

3、定運(yùn)動(dòng)速度相當(dāng)于它靜止時(shí)表面空氣自然對流邊界層的平均速度，試分析運(yùn)動(dòng)對它的表面自然對流速度場的影響如何。試作速度場變化的示意圖。運(yùn)動(dòng)使其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與靜止壁相比時(shí)增加還是減小？如果豎壁時(shí)向下運(yùn)動(dòng)又如何？10 自然對流時(shí)因?yàn)闇囟炔钜鸬?，Pr1時(shí)t,試說明在邊界層里與t區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)情況和溫度分布。11 試推導(dǎo)垂直壁層流自然對流動(dòng)量微分方程式，設(shè)tw<tf。12 流體在管內(nèi)流動(dòng)而被加熱，已知管長l，m，管徑d，m，管內(nèi)流體質(zhì)流量M，kg/m2，進(jìn)口溫度tf，管壁為常熱流邊界條件，熱流密度為q，W/，請寫出計(jì)算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h及管子進(jìn)出口端壁溫tw, tw的詳細(xì)步驟。13 關(guān)于管內(nèi)對流換熱的熱進(jìn)

4、口段長度有集中表達(dá)方式，它們各適應(yīng)什么條件？（1）從管子進(jìn)口到熱邊界層在管中心閉合前的一段長度；（2）當(dāng)和h=const前的一段長度;（3）l/d=0.05Re.Pr.14 外掠平板紊流局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沿板長的變化（圖57）與管內(nèi)紊流進(jìn)口段局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沿管長的變化（圖61）兩者有明顯的差別，請作一些分析。15 以薄壁不銹鋼管作導(dǎo)體通電加熱在管內(nèi)流動(dòng)的氣體，管子裸露置于室內(nèi)，試寫出在穩(wěn)定情況下，該管dx長微元段的熱平衡關(guān)系。已知鋼管電阻微R，/m；電流微I，A。16 進(jìn)口溫度為10，質(zhì)流量為0.045kg/s的空氣在直徑51mm，長2m的管內(nèi)被加熱，壁溫保持200，試用式（64）計(jì)算它的表面

5、傳熱系數(shù)和出口溫度。17 黃銅管式冷凝器內(nèi)徑12.6mm，管內(nèi)水流速1.8m/s，壁溫維持80，冷卻水進(jìn)出口溫度分別為28和34，管長l/d>20，請用不同的關(guān)聯(lián)式計(jì)算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。18 已知鍋爐省煤器管壁平均溫度為250，水的進(jìn)出口溫度為160和240，平均流速要求為1m/s，熱流密度q=3.84×105W/，試求所需管內(nèi)徑和長度（提示：先按紊流計(jì)算，再校核Re）。19 一盤管式換熱器，蛇形管內(nèi)徑d12mm，盤的直徑D180mm（以管中心距離計(jì)），共有四圈盤管。若管內(nèi)水進(jìn)口溫度為20，平均流速為1.7m/s，壁溫為90，試估計(jì)冷卻水出口溫度。20 水在熱交換器管內(nèi)被加熱，管內(nèi)

6、徑14mm，管長2.5m，壁溫保持為110，求水在進(jìn)口溫度為60及流速u=1.3m/s時(shí)，通過熱交換器后的溫度。21 管式實(shí)驗(yàn)臺(tái)，管內(nèi)徑0.016m，長為2.5m，為不銹鋼管，通以直流電加熱管內(nèi)水流，電壓為5V，電流為911.1A，進(jìn)口水溫47，水流速u=0.5m/s，試求它的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及換熱溫度差。（管子外絕熱保溫，可不考慮熱損失）22 2.5kg/s的40的水進(jìn)入50mm內(nèi)徑的管子，壁溫85，管壁粗糙度為0.0002，若管長為10m，計(jì)算出口水溫及全管熱流量。23 空氣在管內(nèi)受迫對流換熱，已知管徑d=51mm，管長l=2.6m，空氣質(zhì)流量M0.0417kg/s，進(jìn)口溫度tf30，管壁的熱

7、流密度q=12120W/,求該管的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h，空氣在管子進(jìn)口和出口端的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h，h，出口溫度tf，管壁進(jìn)口和出口端的壁溫tw, tw。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)空氣溫度管壁溫度最窄截面風(fēng)速換熱量（W）管徑（mm）123.0184.811.05288.02529.5152.012.67286.02539.1107.725.69282.025421.0112.425.04282.025517.6105.027.60287.025620.6151.513.98283.025723.0195.013.70520.050810.8160.815.65523.05099.6117.629.38510.05010

8、21.0155.020.02517.0501114.3136.024.04536.0501220.2119.134.35533.0501321.0125.031.83519.0501410.8104.036.94523.050159.5124.017.20284.0251621.0102.031.39280.02524 水以1.3m/s的速度通過內(nèi)徑19mm，長為5.5m的管子，壓降為42mmHg,管壁平均溫度為80，管內(nèi)水平均溫度55，試從類比律求表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并與光滑管進(jìn)行比較。25 空氣在管內(nèi)以1.27m/s速度流動(dòng)，平均溫度tf38.5，tw57.9，管內(nèi)徑d=22mm,長2.5m，試

9、求空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。26 上題空氣流速增加到u=3.5m/s，此時(shí)tf58.1，tw90.6，試求表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。27 套管換熱器，內(nèi)管外徑d112mm，外管內(nèi)徑d2=16mm，管長400mm，內(nèi)外管之間的環(huán)形流道內(nèi)水流速u=2.4m/s，平均溫度tf73.1，內(nèi)管壁溫tw96，試求內(nèi)管外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。28 空氣以0.0125kg/s流量流過直徑50mm， 長為6m的圓管，溫度由23.5加熱到62，試求在常壁溫?fù)Q熱條件下管壁溫度tw，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h及換熱量。（建議用式（65）計(jì)算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)）29 已知橢圓管的長軸2a=26mm，短軸2b=13mm,用它做成的換熱器每根管子的水流量為4&

10、#215;10-4m3/s。要求在壁溫90時(shí)，把水從32加熱到48。計(jì)算一根管的長度。如果采用與該橢圓管周長相同的圓管在同樣條件下完成水的加熱，有需多長的圓管，兩者相比差多少（%）?并分析引起差別的原因是什么？30 空氣橫向外掠單圓管換熱研究試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)管長0.3m，管徑有50mm和25mm兩種，現(xiàn)測得如下表列的16個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)。試由數(shù)據(jù)整理出該次實(shí)驗(yàn)得到的空氣橫向外掠單圓管換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。并構(gòu)思這種實(shí)驗(yàn)臺(tái)的構(gòu)造及測試系統(tǒng)。31 空氣以25.5m/s的速度橫向外掠直徑35mm長0.5m的單圓管，對流換熱量為900W，管子前后空氣平均溫度25.3。試確定管壁溫度。32 直徑14mm，長1.5m的

11、管狀電加熱器垂直至于速度為3m/s的水流中，水流過管子前后的平均溫度為55，設(shè)加熱器管表面允許最高溫度為95，計(jì)算它的最大允許電功率。33 空氣橫向掠過單管，管外徑12mm，管外最大流速u=14m/s，空氣溫度tf30.1, 壁溫tw12。求空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。34 空氣橫向掠過6排順排管束，管束中最窄截面處流速u=15.5m/s，空氣平均溫度為19.4，壁溫tw67.8，管間距S1/d=S2/d=1.2，d=19mm，求空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 35 水橫向掠過5排叉排管束，管束中最窄截面處流速u=4.87m/s，平均溫度t1=20.2,壁溫tw=25.2，管間距S1/d=S2/d=1.25，d=

12、19mm，求水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。36 空氣橫向掠過12排管子組成的叉排加熱器，管徑d=25mm,管間距S1=50mm,S2=45mm。管束的最窄截面處流速u=5m/s, 空氣平均溫度tf=60，試求管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。如管束改為順排，其他條件不變，則表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為多少？37 試求空氣掠過黃銅管束的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及出口溫度。已知管束為叉排，共4排，每排16根管，管長1m,管外徑25mm，管間距S1=50mm，S2=37.5mm,管內(nèi)為1.43×10-5Pa絕對壓力的蒸汽，空氣進(jìn)口溫度tf1=15,流量Vo=7500Nm3/h。（提示：計(jì)算中略去蒸汽及管壁熱阻）。38 試確定上題空氣掠過管

13、束時(shí)消耗的功率、單位面積換熱量與功率消耗之比。已知該叉排管束的阻力系數(shù)為f f=0.75Re0.2流過管束的壓強(qiáng)降p=f2u2(f/w)0.14m,N/m2式中m為排數(shù)，u為管間最大流量，m/s.39 改變地37題中的管間距，令S1、S2按比例縮小或擴(kuò)大，比例為0.85、0.95、1.05、1.25、及1.5等，在其他條件均不改變的情況下，求單位面積換熱量與功率消耗之比的變化。40 由圓翅片管束（見圖5-1）制成的蒸汽空氣加熱器。管束及翅片管的換熱及流動(dòng)阻力計(jì)算關(guān)聯(lián)式為Nu=0.134Re0.681Pr1/3(H-)/H0.3(H-)/0.1134 (Re=1032×104)Nu=0

14、.1891+0.1(S1/d0-2)Re0.685 Pr1/3(/H)0.304(Re=2×1045×104)F=37.86Re-0.316 (S1/d0)-0927(S1/S2)0.515上述關(guān)聯(lián)式定性溫度為流體平均溫度，定型尺寸為管外徑do。已知管束參數(shù)為：正三角形排列，管間距S1=70mm，6排，每排20根，管長1.5m，do=25mm，翅片厚=0.5mm，翅片高H=20mm，翅片間距（節(jié)距）b=3.5mm，空氣質(zhì)流量M=1.8kg/s,管壁溫度tw=110，空氣進(jìn)口溫度tf1=10,試計(jì)算換熱量及功率消耗。41 一厚壁紫銅管，內(nèi)置電加熱器，懸吊于大于水槽中進(jìn)行水平圓

15、筒壁自然對流換熱實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)中管壁溫度可作為常壁溫處理，求水在橫管外自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，已知管外徑d=30mm,水的平均溫度tf=37.1，壁溫tw=64.5。在這種情況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 為什么可以作為常壁溫處理？42 直徑50mm的立管，高0.5m，表面溫度90，空氣溫度20，試求管外壁空氣自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。43 水平蒸汽輸送管外徑d=0.3m，tw=450，環(huán)境溫度tf=30，試求每米長管子的自然對流散熱損失。44 外徑76mm的暖氣管，橫穿室內(nèi)，tw=100，室內(nèi)溫度tf=18，計(jì)算管壁自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及單位管長散熱損失。45 頂棚表面溫度 13，室內(nèi)溫度25，頂棚4m×

16、;5m,試求自然對流換熱量及其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。46 傾斜放置，溫度為45的1m×1m平板,熱面朝上接受輻射熱300W/ m2，輻射熱被全部吸收，然后以自然對流方式散出，環(huán)境溫度為0，板背面絕熱。試求穩(wěn)態(tài)時(shí)，該板平均溫度能達(dá)到的最大值。47 某實(shí)際工程設(shè)備是一個(gè)水平圓筒，其直徑達(dá)5.5m，表面溫度355，放置在周圍空氣溫度為35的環(huán)境中，現(xiàn)需要知道它的自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但因?yàn)閷?shí)際設(shè)備太大，只能依靠?；瘜?shí)驗(yàn)研究它的表面自然對流換熱，為此需要確定模化實(shí)驗(yàn)的圓筒模型最小直徑是多少？根據(jù)現(xiàn)有條件，有兩個(gè)?；桨缚晒┻x擇，第1方案是：?；瘜?shí)驗(yàn)在空氣中進(jìn)行，模型表面溫度為80，室內(nèi)空氣溫度控制為

17、20。第2方案是：圓筒表面溫度控制為80，并采用溫度保持20的水代替空氣在水槽中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。請計(jì)算這兩個(gè)方案?；玫膶?shí)驗(yàn)圓筒直徑各為多少？并對方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。48 一常壁溫豎式散熱器，已知高度為650mm，在室溫15時(shí)，它的平均自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為4.82W/(m2·)，散熱面積2m2，試確定表面溫度。該散熱器內(nèi)充油，熱源為市電，請計(jì)算它的自然對流散熱的電動(dòng)率。49 面積為1×1（m2）的加熱板，垂直吊放在空氣中，每邊的功率3100W，設(shè)其中1/2是以自然對流方式散出的，空氣溫度為20，試計(jì)算板的局部表面溫度及局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沿板高的變化，并繪出它的變化曲線（可每隔

18、0.1m為一個(gè)計(jì)算點(diǎn)）。50 若上述電熱板置于水中情況如何？如果再將功率增加10倍，板表面局部溫度及局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)又如何？51 將49題中的板作為常壁溫邊界條件處理，計(jì)算它的壁面溫度用式（6-19）計(jì)算。并與作為常熱流條件處理時(shí)，板的半高度處的壁溫相比較。52 一輻射采暖板tw1=120，空氣溫度tf=13，板高0.75m，寬1.8m，熱面傾斜 45º，求它的自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及其對流換熱量。 53 某建筑物墻壁內(nèi)空氣夾層厚=75mm，高2.5mm，兩側(cè)壁溫分別為tw1=15，tw2=5，求它的當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及每平方米通過夾層的熱量。54 在Gr<2000時(shí)，垂直空氣夾層的換熱過程相當(dāng)于純導(dǎo)熱過程，試求在這種情況下到熱量為最小時(shí)的夾層厚度。已知tw1=15，tw2=5，并求導(dǎo)熱量。55 計(jì)算垂直空氣夾層的熱流密度隨夾層厚度的變化，要求每隔1mm為一個(gè)計(jì)算點(diǎn)，厚度有1mm到50mm，其他條件同例題6-8，即夾層高度為0.5 m，兩壁溫度分