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文檔簡介

1、對(duì)流換熱的幾個(gè)練習(xí)題1例1在一臺(tái)縮小成為實(shí)物1/8的模型中,用20的空氣來模擬實(shí)物中平均溫度為200空氣的加熱過程。實(shí)物中空氣的平均流速為6.03m/s,問模型中的流速應(yīng)為若干?若模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為195 W/(mK),求相應(yīng)實(shí)物中的值。在這一實(shí)驗(yàn)中,模型與實(shí)物中流體的Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等,你認(rèn)為這樣的?;瘜?shí)驗(yàn)有無實(shí)用價(jià)值?2解:應(yīng)使模型與實(shí)物中的Re數(shù)相等。 20與200的空氣運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)各位15.0610-6/s及34.8510-6/s,由Re數(shù)相等得 。 實(shí)物中的流體Pr數(shù)與模型中的Pr數(shù)雖不嚴(yán)格相等,但十分接近,這樣的?;囼?yàn)是有試用意義的。由 相似的性質(zhì)得 。 3例2流量為0.

2、2kg/s的冷卻水,在內(nèi)徑為12mm的銅制冷凝器中流過,水的進(jìn)口溫度為27,出口溫度為33,管壁溫度維持在80,試問管長應(yīng)為多少? 4解:這是一個(gè)水在管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)立的換熱問題/ 定性溫度 因此選用希德-臺(tái)特公式: 30時(shí)水的物性查表得: =995.7kg/m, 580時(shí), 6所以L=0.281/1.11=0.253(m)管長應(yīng)為0.253m。7例3. 水以1.2m/s的平均流速流過內(nèi)徑20mm的長直管。(1)管子壁溫為75,水從20加熱到70;(2)管子壁溫為15,水從70冷卻到20。試計(jì)算兩種情形下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),并討論造成差別的原因。 8解: ,當(dāng)水被加熱時(shí):9水被冷卻時(shí): 水被加熱時(shí),近壁

3、處粘性降低,使對(duì)流換熱系數(shù)比冷卻情況下高。 10例4. 空氣以4m/s的流速橫掠直徑60mm、長為2m的熱圓柱體。如果空氣溫度為30,圓柱體表面溫度恒為50,試計(jì)算圓柱體的散熱量。 11解:這是一個(gè)空氣橫掠單管的對(duì)流換熱問題,c,n根據(jù)雷諾數(shù)Rem確定。 12圓柱體的散熱量為218.3W。 13例5. 設(shè)有一條未加保溫的水平蒸汽管道,外徑為150mm,輸送170的飽和蒸汽,管子周圍的空氣溫度為20,求:水平蒸汽管道管壁的自然對(duì)流換熱系數(shù)和單位管長的自然對(duì)流散熱量。如果這是一根垂直安裝的蒸汽管道,長度為3.5m,則管壁的自然對(duì)流換熱系數(shù)和單位管長的自然對(duì)流散熱量又為多少?(注意:此題僅考慮對(duì)流部

4、分,不計(jì)輻射部分)14解:(1)這是一個(gè)空氣自然對(duì)流流過水平橫管的換熱問題,特征尺寸為管外徑d。 15所以,該水平蒸汽管道的自然對(duì)流換熱系數(shù)為7.74,單位管長的散熱量為547W/m,若這是一條3.5m高的豎直管道,則自然對(duì)流換熱系數(shù)為6.0,單位管長的散熱量為424.1 W/m,由此可見,水平橫管的自然對(duì)流散熱較強(qiáng)。16例6. 熱空氣以質(zhì)量流率通過不隔熱的直徑D0.15m的鋼皮風(fēng)道,該風(fēng)道通過房間內(nèi)布置管道的狹小空間。熱空氣進(jìn)入風(fēng)道時(shí)溫度為103,經(jīng)過距離L=5m之后,冷卻到溫度為77,在風(fēng)道外表面和溫度為的冷的環(huán)境空氣之間的換熱系數(shù)假定是恒定值,。計(jì)算整個(gè)長度L上的風(fēng)道的散熱損失(W)確定

5、xL處的熱流密度及風(fēng)道表面溫度。17解:假定:1.定穩(wěn)狀態(tài)條件;2.常物性;3.具有理想氣體的性質(zhì);4.忽略動(dòng)能和位能的變化;5.忽略風(fēng)道壁面的熱阻;6.風(fēng)管的外表面上的對(duì)流系數(shù)是均勻的。查表得:物性參數(shù) 空氣。18分析:1.根據(jù)整個(gè)風(fēng)道的能量平衡得到 2.從熱阻回路可以推出xL處的熱流密度表達(dá)式19其中 是xL處內(nèi)部的對(duì)流換熱系數(shù),因此知道了雷諾數(shù)就可求得內(nèi)部的對(duì)流系數(shù)。 因此流動(dòng)是湍流。另外利用假定xL處充分開展的條件是合理的。利用n0.320所以 再回到熱阻回路,還可得在這種情況下 21說明:1.注意,對(duì)整個(gè)管利用第(1)部分的能量平衡時(shí),物性(在這個(gè)情況只是cp)是用定值的。但是,物性是用局部平均溫度來定值的,這是因?yàn)槲覀冇玫氖蔷植總鳠嵯禂?shù)的關(guān)系式。2.注意,該問題既不具有常表面溫度,也不具有常表面

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