傳熱學課后題答案整理

九二210W/(m?K)，九二210W/(m?K)，p=7200kg/m3,c=420J/(kg?K)，初始溫度為25oC。問當它突然受到65OoC煙氣加熱后，為在1min內(nèi)發(fā)生報警訊號，導線的直徑應(yīng)限在多少以下？設(shè)復(fù)合換熱器的表面換熱系數(shù)為12數(shù)為12W/(m2?K)解：采用集總參數(shù)法得：E=eXP(_PCV〔要使元件報警則心5000C500-650 /hA、=exp(-t)25-650 pcv ，代入數(shù)據(jù)得D=0.669mm驗證Bi數(shù)：Bi=h(Bi=h(V/A)hD=0.0095x10-3<0.053)在上述時刻壁面中的平均溫度梯度與最大溫度梯度。解：3)在上述時刻壁面中的平均溫度梯度與最大溫度梯度。解：Bi=擊=0.7134nU=0.7692110 1000-1750-^= =0.436050 30-1750mFoln0u+sinFoln0u+sinucosu02sinucosu011—U21丄=0.999382 pc82t=Fo= Fo=15.5sa 九(2)At =t—(2)At =t—t=0—0=0(1— )max8m8m8COS|L111=(1000—1750)(1— )=293.9。Ccos0.76921h=—-0=594510C/m88=dtImax Qxx=8⑶|l西=1J8%=J0(X)Qx80Qx 8=寥(cos卩—1)=1000—293.9—1750X(cos0.76921—1)=326550C/m81無限長圓管0=~8cos(片8)|0.009又Nu=Nu12又Nu=Nu12得：h6－1、在一臺縮小成為實物1/8的模型中，用200C的空氣來模擬實物中平均溫度為2000C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/（m2K），求相應(yīng)實物中的值。在這一實物中，模型與實物中流體的Pr數(shù)并不嚴格相等，你認為這樣的?；囼炗袩o實用價值？解： 根據(jù)相似理論，模型與實物中的Re應(yīng)相等空氣在20OC和200OC時的物性參數(shù)為：20°C：v=15.06x10-6m2/s,九=2.59x10-2W/m-K,Pr=0.70311200°C：v=34.85x10-6m2/s,九=3.93x10-2W/m-K,Pr=0.68022聽X兩管：（2）流體以同樣的質(zhì)量流量流過兩管。X—8、已知：一常物性的流體同時流過溫度與之不同的兩根直管1與2,且di=兩管：（2）流體以同樣的質(zhì)量流量流過兩管?！?、已知：一常物性的流體同時流過溫度與之不同的兩根直管1與2,且di=2d2，流動與換熱已處于湍流充分發(fā)展區(qū)域。求：下列兩種情形下兩管內(nèi)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對大?。海?）流體以同樣流速流過13.93=h =195x—x=36.99W/（m2-K）2 1 82.5921解：設(shè)流體是被加熱的，則以式（5-54）為基礎(chǔ)來分析時，有：C0.4九0.6解：設(shè)流體是被加熱的，則以式（5-54）為基礎(chǔ)來分析時，有：C0.4九0.6(puAh p—卩0.4h0.2對一種情形，'u)0.8rd)0.2rfpu]對一種情形，'u)0.8rd)0.2rfpu]0.8rd)1.8r1)—1—1==1u丿I＜丿Ifpu丿1d丿12丿故：h u0.8 d0.21=1 1—h u0.8 d0.22 2 21.8222221若流體被冷卻，因Pr數(shù)不進入h之比的表達式，上述分析仍有效。二28.7%6-19、已知：水以1.2m/s平均速度流入內(nèi)徑為20mm的長直管。（1）管子壁溫為75°C,水從20C加熱到70C；（2）管子壁溫為15C，水從70C冷卻到20C。求：兩種情形下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并討論造成差別的原因。解.w=1.2m/s d=0.020mt1)ReNufh=t1)ReNufh=m2) Nu1=—x(20+70)=452C=翌=I'2X0.02=39506.17v 0.675x10-6=0.023Re0.8Pr0.4=0.023X39506.170.8X3.9520.4=189.05ffNx九 19.05x64.15x10-2u= =6063.77W/(m2-k)d 0.02=0.023R0.8P0.3=0.023x39506.170.8x3.9250.3=164.896er=164?896x64」5x10-2=5289.05W/(m2?k)0.02因為加熱，近壁處溫度高，流體粘度減小，對傳熱有強化作用，冷卻時，近壁處溫度低流體粘度增加，對傳熱有減弱作用。6-70、已知：對燃氣輪機葉片冷卻的模擬實驗表明，當溫度\=35C的氣流以U1=60m/s的速度吹過特征長度l1=0.15m、壁溫tw1=300C的葉片時，換熱量為1500W?，F(xiàn)在有第二種工況：=35C、u2=40m/s、12=0.225m、tw2=340C。兩種情況下葉片均可作為二維問題處理，計算可對單位長度葉片進行。求：第二種工況下葉片與氣流間所交換的熱量。①hAAt廠 60x0.15 40x0.225—二=—x=2 2,Re= ,Re= ,v=v解:①1AAt1v 2解:①11112，=ReRe,即Nu=Nu，佇=卜二= ==ReRe1 2hl九0.225121。對二維問題換熱面積正比于線形尺度（即以單位長度葉片作比較），因而有：① 0225 340—352=0.6667xx =1.151,①=1.151x150（=172W① 0.15 300-35 21。

8-1、一電爐的電功率為1KW,爐絲溫度為847°C，直徑為1mm。電爐的效率為0.96。試確定所需爐絲的最短長度。'273'273+847丫解：5.67八100丿0.96x103及表面3的溫度。解：網(wǎng)絡(luò)圖如下：及表面3的溫度。解：網(wǎng)絡(luò)圖如下：得L=3.61m9-6、試用簡捷方法確定本題附圖中的角系數(shù)Xu解：(1)因為X=12,1XA 2R1，2a2兀Rx3/41—0.4244(2)因為X—12,1A 兀R2?-X——— —0.51,2A 2兀R21(3)參考()2，具有對稱性，X=0.5/4 0.1251,2(4)假設(shè)在球得頂面有另一塊無限大平板存在，由對稱性知X=0.51,29-35設(shè)有如附圖所示的幾何體，半球表面是絕熱的，底面被一直徑(D=0.2m)分為1、2兩部分。表面i為灰體，T1=550K，er0.35表面2為黑體，T2=330K。試計算表面1的凈輻射損失X1+2,3=1nX3,1+X1+2,3=1nX3,1+2—兀R2x2兀R2 1+2,3=0.51-0.35=118.3m-20.35x0.01571=1AX=AX=63.7m-2nX=X=0.5/2=0.25TOC\o"1-5"\h\z3,1 3,2X=X=11,3 2,3A=-x-兀D2=1x3.14x0.22=0.0157i24 8A=2兀R2=0.06283E=5.67x（空）4=5188.4W/m2b1 100E=5.67x（型）4=6272W/m2b2 1001-￡ 1￡A11決 b3工R決 b3工R‘nT=424.6K。3又E=ob33,1 33,2表面1的凈輻射損失：E-E5188.4-672.4e=f b2= =18.38W工R118.3-63.7x2E-E5188.4-E由9=—b1 b3= b3nE=1843.24W/m2118.3-63.7b31，2表面間的輻射換熱量是由于絕熱表面3的存在而引起的。10-9、已知t1=300°C，t1=210°C，t2=100°C，12=200°C，試計算下列流動布置時換熱器的對數(shù)平均溫差：1)逆流布置；2)一次交叉，兩種流體均不混合；3)1－2型殼管式，熱流體在殼側(cè)4)2－4型殼管式，熱流體在殼側(cè)5)順流布置。解：(1)t=t11-t2=210-100=110Atm〃-12t-t1300-200=100110-100〃t(2)P=七t-t12ln(t/t)1=ln(110/100)104.9°C-t2200-100300-100=0.5_300-210=200-100t-tR=」 1-〃t-t由參考文獻11圖9T7查得=0.9申=0.92At=104.9x0.92=96.5°C⑶由參考文獻1圖9—15查得(At =104.9x0.85=89.2°Cm申=0.85(4)由參考文獻11圖9T6查得申=0.97At=104.9x0.97=101.8°Cm(5)t1=t1

〃=t1Atm-t=300-100=2002〃-1=210-200=102=200-10=63.4°Cln(t/1) ln(200/10)1r3—31—火箭發(fā)動機噴管，壁厚為9mm,出世溫度為30