傳熱學(xué)對流換熱的練習(xí)題課件

對流換熱的幾個練習(xí)題對流換熱的幾個練習(xí)題1例1．在一臺縮小成為實物1/8的模型中，用20℃的空氣來模擬實物中平均溫度為200℃空氣的加熱過程。實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195W/(m·K)，求相應(yīng)實物中的值。在這一實驗中，模型與實物中流體的Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等，你認(rèn)為這樣的模化實驗有無實用價值？例1．在一臺縮小成為實物1/8的模型中，用20℃的空氣來模擬2解：應(yīng)使模型與實物中的Re數(shù)相等。20℃與200℃的空氣運動粘性系數(shù)各位ν＝15.06×10-6㎡/s及ν＝34.85×10-6㎡/s，由得。

實物中的流體Pr數(shù)與模型中的Pr數(shù)雖不嚴(yán)格相等，但十分接近，這樣的模化試驗是有試用意義的。由，得。解：應(yīng)使模型與實物中的Re數(shù)相等。3例2．流量為0.2kg/s的冷卻水，在內(nèi)徑為12mm的銅制冷凝器中流過，水的進口溫度為27℃，出口溫度為33℃，管壁溫度維持在80℃，試問管長應(yīng)為多少？例2．流量為0.2kg/s的冷卻水，在內(nèi)徑為12mm的銅制冷4解：這是一個水在管內(nèi)強制對立的換熱問題/

定性溫度

因此選用希德-臺特公式：

30℃時水的物性查表得：

ρ=995.7kg/m，

解：這是一個水在管內(nèi)強制對立的換熱問題/定性溫度因此選用580℃時，

80℃時，6所以L=0.281/1.11=0.253（m）管長應(yīng)為0.253m。所以L=0.281/1.11=0.253（m）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℃。試計算兩種情形下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并討論造成差別的原因。例3.水以1.2m/s的平均流速流過內(nèi)徑20mm的長直管。8解：

，，，，當(dāng)水被加熱時：解：，，，，當(dāng)水被加熱時：9水被冷卻時：

水被加熱時，近壁處粘性降低，使對流換熱系數(shù)比冷卻情況下高。水被冷卻時：水被加熱時，近壁處粘性降低，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℃，試計算圓柱體的散熱量。例4.空氣以4m/s的流速橫掠直徑60mm、長為2m的熱圓11解：這是一個空氣橫掠單管的對流換熱問題，c，n根據(jù)雷諾數(shù)Rem確定。解：這是一個空氣橫掠單管的對流換熱問題，c，n根據(jù)雷諾數(shù)Re12圓柱體的散熱量為218.3W。

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流換熱系數(shù)和單位管長的自然對流散熱量。如果這是一根垂直安裝的蒸汽管道，長度為3.5m，則管壁的自然對流換熱系數(shù)和單位管長的自然對流散熱量又為多少？（注意：此題僅考慮對流部分，不計輻射部分）例5.設(shè)有一條未加保溫的水平蒸汽管道，外徑為150mm，輸14解：（1）這是一個空氣自然對流流過水平橫管的換熱問題，特征尺寸為管外徑d。解：（1）這是一個空氣自然對流流過水平橫管的換熱問題，特征尺15傳熱學(xué)對流換熱的練習(xí)題課件16所以，該水平蒸汽管道的自然對流換熱系數(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，則自然對流換熱系數(shù)為6.0，單位管長的散熱量為424.1W/m，由此可見，水平橫管的自然對流散熱較強。所以，該水平蒸汽管道的自然對流換熱系數(shù)為7.74，單位管長的17例6.熱空氣以質(zhì)量流率通過不隔熱的直徑D＝0.15m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。熱空氣進入風(fēng)道時溫度為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，。計算整個長度L上的風(fēng)道的散熱損失（W）確定x＝L處的熱流密度及風(fēng)道表面溫度。例6.熱空氣以質(zhì)量流率通過不隔熱的直徑D＝0.15m的鋼18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)管的外表面上的對流系數(shù)是均勻的。查表得：物性參數(shù)空氣。解：查表得：物性參數(shù)空氣。19分析：1.根據(jù)整個風(fēng)道的能量平衡得到2.從熱阻回路可以推出x＝L處的熱流密度表達(dá)式分析：2.從熱阻回路可以推出x＝L處的熱流密度表達(dá)式20其中是x＝L處內(nèi)部的對流換熱系數(shù)，因此知道了雷諾數(shù)就可求得內(nèi)部的對流系數(shù)。因此流動是湍流。另外利用假定x＝L處充分開展的條件是合理的。利用n＝0.3其中是x＝L處內(nèi)部的對流換熱系數(shù)，因此知道了雷諾數(shù)就可求得21所以

再回到熱阻回路，還可得在這種情況下

所以再回到熱阻回路，還可得在這種情況下22說明：1.注意，對整個管利用第（1）部分的能量平衡時，物性（在這個情況只是cp）是用定值的。但是，物性是用局部平均溫度來定值的，這是因為我們用的是局部傳熱系數(shù)的關(guān)系式。2.注意，該問題既不具有常表面溫度，也不具有常表面熱流密度。所以，如果認(rèn)為管道的總熱損就是，那是錯誤的。因為隨x增大是減小的，所以這個結(jié)果要比實際熱損失1313W小的多。減少的原因是，當(dāng)x增加時兩者都減小了。

說明：定值的。但是，物性是用局部平均溫度來定值的，這是因為我23謝謝！謝謝！24對流換熱的幾個練習(xí)題對流換熱的幾個練習(xí)題25例1．在一臺縮小成為實物1/8的模型中，用20℃的空氣來模擬實物中平均溫度為200℃空氣的加熱過程。實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195W/(m·K)，求相應(yīng)實物中的值。在這一實驗中，模型與實物中流體的Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等，你認(rèn)為這樣的模化實驗有無實用價值？例1．在一臺縮小成為實物1/8的模型中，用20℃的空氣來模擬26解：應(yīng)使模型與實物中的Re數(shù)相等。20℃與200℃的空氣運動粘性系數(shù)各位ν＝15.06×10-6㎡/s及ν＝34.85×10-6㎡/s，由得。

實物中的流體Pr數(shù)與模型中的Pr數(shù)雖不嚴(yán)格相等，但十分接近，這樣的模化試驗是有試用意義的。由，得。解：應(yīng)使模型與實物中的Re數(shù)相等。27例2．流量為0.2kg/s的冷卻水，在內(nèi)徑為12mm的銅制冷凝器中流過，水的進口溫度為27℃，出口溫度為33℃，管壁溫度維持在80℃，試問管長應(yīng)為多少？例2．流量為0.2kg/s的冷卻水，在內(nèi)徑為12mm的銅制冷28解：這是一個水在管內(nèi)強制對立的換熱問題/

定性溫度

因此選用希德-臺特公式：

30℃時水的物性查表得：

ρ=995.7kg/m，

解：這是一個水在管內(nèi)強制對立的換熱問題/定性溫度因此選用2980℃時，

80℃時，30所以L=0.281/1.11=0.253（m）管長應(yīng)為0.253m。所以L=0.281/1.11=0.253（m）31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℃。試計算兩種情形下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并討論造成差別的原因。例3.水以1.2m/s的平均流速流過內(nèi)徑20mm的長直管。32解：

，，，，當(dāng)水被加熱時：解：，，，，當(dāng)水被加熱時：33水被冷卻時：

水被加熱時，近壁處粘性降低，使對流換熱系數(shù)比冷卻情況下高。水被冷卻時：水被加熱時，近壁處粘性降低，34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℃，試計算圓柱體的散熱量。例4.空氣以4m/s的流速橫掠直徑60mm、長為2m的熱圓35解：這是一個空氣橫掠單管的對流換熱問題，c，n根據(jù)雷諾數(shù)Rem確定。解：這是一個空氣橫掠單管的對流換熱問題，c，n根據(jù)雷諾數(shù)Re36圓柱體的散熱量為218.3W。

圓柱體的散熱量為218.3W。37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流換熱系數(shù)和單位管長的自然對流散熱量。如果這是一根垂直安裝的蒸汽管道，長度為3.5m，則管壁的自然對流換熱系數(shù)和單位管長的自然對流散熱量又為多少？（注意：此題僅考慮對流部分，不計輻射部分）例5.設(shè)有一條未加保溫的水平蒸汽管道，外徑為150mm，輸38解：（1）這是一個空氣自然對流流過水平橫管的換熱問題，特征尺寸為管外徑d。解：（1）這是一個空氣自然對流流過水平橫管的換熱問題，特征尺39傳熱學(xué)對流換熱的練習(xí)題課件40所以，該水平蒸汽管道的自然對流換熱系數(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，則自然對流換熱系數(shù)為6.0，單位管長的散熱量為424.1W/m，由此可見，水平橫管的自然對流散熱較強。所以，該水平蒸汽管道的自然對流換熱系數(shù)為7.74，單位管長的41例6.熱空氣以質(zhì)量流率通過不隔熱的直徑D＝0.15m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。熱空氣進入風(fēng)道時溫度為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，。計算整個長度L上的風(fēng)道的散熱損失（W）確定x＝L處的熱流密度及風(fēng)道表面溫度。例6.熱空氣以質(zhì)量流率通過不隔熱的直徑D＝0.15m的鋼42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)管的外表面上的對流系數(shù)是均勻的。查表得：物性參數(shù)空氣。解：查表得：物性參數(shù)空氣。43分析：1.根據(jù)整個風(fēng)道的能量平衡得到2.從熱阻回路可以推出x＝L處的熱流密度表達(dá)式分析：2.從熱阻回路可以推出x＝L處的熱流密度表達(dá)式44其中是x＝L處內(nèi)部的對流換熱系數(shù)，因此知道了雷諾數(shù)就可求得內(nèi)部的對流系數(shù)。因此流動是湍流。另外利用假定x＝L處充分開展的條件是合理的。利用n＝0.3其中是x＝L處內(nèi)部的對流換熱系數(shù)，因此知道了雷諾數(shù)就可求得45所以

再回到熱阻回路，還可得在這種情況下

所以再回到熱阻回路，還可得在這種情況下46說明