傳熱學(xué)第七章答案

名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源第七章思考題1.什么叫膜狀凝結(jié)，什么叫珠狀凝結(jié)?膜狀凝結(jié)時(shí)熱量傳遞過(guò)程的主要阻力在什么地方？答：凝結(jié)液體在壁面上鋪展成膜的凝結(jié)叫膜狀凝結(jié)，膜狀凝結(jié)的主要熱阻在液膜層，凝結(jié)液體在壁面上形成液珠的凝結(jié)叫珠狀凝結(jié)。2．在努塞爾關(guān)于膜狀凝結(jié)理論分析的8條假定中，最主要的簡(jiǎn)化假定是哪兩條?答：第3條，忽略液膜慣性力，使動(dòng)量方程得以簡(jiǎn)化；第5條，膜內(nèi)溫度是線(xiàn)性的，即膜內(nèi)只有導(dǎo)熱而無(wú)對(duì)流，簡(jiǎn)化了能量方程。3．有人說(shuō)，在其他條件相同的情況下．水平管外的凝結(jié)換熱一定比豎直管強(qiáng)烈，這一說(shuō)法一定成立？答；這一說(shuō)法不一定成立，要看管的長(zhǎng)徑比。.為什么水平管外凝結(jié)換熱只介紹層流的準(zhǔn)則式？常壓下的水蒸氣在At=ts~tw=10℃的水平管外凝結(jié)，如果要使液膜中出現(xiàn)湍流，試近似地估計(jì)一下水平管的直徑要多大?答：因?yàn)閾Q熱管徑通常較小，水平管外凝結(jié)換熱一般在層流范圍。4兀dh(t-1)R=s對(duì)于水平橫圓管：e”廠(chǎng)h=h=0.729臨界雷諾數(shù)二1600c9.161d34(-t)344P2九3)4二1600Re=swcn54r34由\=100℃查表：r=2257kJ/kg.t=95.本主p=961.85kg/m3X=0.6815W/(m?K)由p℃，查表：n=298.7義10-6kg/(m?s)d=976.3n53rd=976.3(——)-=2.07mTgp2九3/3即水平管管徑達(dá)到2.07m時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)才過(guò)渡到湍流。.試說(shuō)明大容器沸騰的q~At曲線(xiàn)中各部分的換熱機(jī)理。6．對(duì)于熱流密度可控及壁面溫度可控的兩種換熱情形，分別說(shuō)明控制熱流密度小于臨界熱流密度及溫差小于臨界溫差的意義，并針對(duì)上述兩種情形分別舉出一個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例。答：對(duì)于熱流密度可控的設(shè)備，如電加熱器，控制熱流密度小于臨界熱流密度，是為了防止設(shè)備被燒毀，對(duì)于壁溫可控的設(shè)備，如冷凝蒸發(fā)器，控制溫差小于臨界溫差，是為了防止設(shè)備換熱量下降。7．試對(duì)比水平管外膜狀凝結(jié)及水平管外膜態(tài)沸騰換熱過(guò)程的異同。答：穩(wěn)定膜態(tài)沸騰與膜狀凝結(jié)在物理上同屬相變換熱，前者熱量必須穿過(guò)熱阻較大的汽膜，后者熱量必須穿過(guò)熱阻較大的液膜，前者熱量由里向外，后者熱量由外向里。8．從換熱表面的結(jié)構(gòu)而言，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是什么?強(qiáng)化沸騰換熱的基本思想是什么？答：從換熱表面的結(jié)構(gòu)而言，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是盡量減薄粘滯在換熱表面上液膜的厚度，強(qiáng)化沸騰換熱的基本思想是盡量增加換熱表面的汽化核心數(shù)。9．在你學(xué)習(xí)過(guò)的對(duì)流換熱中．表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式中顯含換熱溫差的有哪幾種換熱方式？其他換熱方式中不顯含溫差是否意味著與溫差沒(méi)有任何關(guān)系?答：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式中顯含換熱溫差的有凝結(jié)換熱和沸騰換熱。不顯含溫差并不意味著與溫差無(wú)關(guān)，溫差的影響隱含在公式適用范圍和物件計(jì)算中。

10.在圖7-14所示的沸騰曲線(xiàn)中，為什么穩(wěn)定膜態(tài)沸騰部分的曲線(xiàn)會(huì)隨At的增加而迅速上升?答：因?yàn)殡S著壁面過(guò)熱度的增加，輻射換熱的作用越加明顯。習(xí)題基本概念與分析7-1、試將努塞爾于蒸氣在豎壁上作層流膜狀凝結(jié)的理論解式(6—3)表示成特征數(shù)間的函數(shù)Gu二形式，引入伽里略數(shù)gl3解：h=0.725grp2入3Gu二形式，引入伽里略數(shù)gl3解：h=0.725grp2入3入iiv2及雅各布數(shù)1-4Ja=一cpnd(tis-t)wN=0.725ugl3v2.~^pc(t-t)入psw0.725G.J.Paar7-2、對(duì)于壓力為0.1013MPa的水蒸氣，試估算在At=twT：10℃的情況下雅各布數(shù)之值，并說(shuō)明此特征數(shù)的意義以及可能要用到這一特征數(shù)的那些熱傳遞現(xiàn)象。Ja解：C(t-t)psw，，rCp=4220J(KKg℃),2257.1x103r=7-3、功7」x103Ja解：C(t-t)psw，，rCp=4220J(KKg℃),2257.1x103r=7-3、功7」x103=53.54220義10Ja般化可寫(xiě)為cAtp，Cp(ts-tw)代表了汽化潛熱與液膜顯熱降之比;進(jìn)代表了相變潛熱與相應(yīng)的顯熱之比，在相變換熱(凝結(jié)、沸騰、熔化、凝固等都可以用得上)。ts=40℃的水蒸氣及40℃的R134a蒸氣.在等溫豎壁上膜狀凝結(jié)，試計(jì)算離開(kāi)x=0處為0.1m、0.5m處液膜厚度。設(shè)At=tw-ts=5℃。5解：4u九Atx

——i-1gP2rl,近視地用ts計(jì)算物性，貝人對(duì)水：九二0.635u=653.3x10-6p=992.2r=2407x103i，i，i，對(duì)R134a：九二0.0750u

i，i=4.286x10-6x1146.2=4912.6x10-6p=1146.2，i，r=163.23x1035(x)=對(duì)水：4u九Atx

——i-igP2ri4x653.3x10-6x0.635x59.8x992.22x2407x103X=0.1、X=0.5、=(3.573x10-16)14x14=1.375x10-4x14,5(x)=1.357x10-4x0.562=7.728x10-5m=7.728x10-2mm.5(x)=1.357x10-4x0.514=1.375x10-4x0.841m=1.156x10-4mm名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一戲秀資源名蜃整理一戲秀資源對(duì)R134a：4對(duì)R134a：4u九Atx——i-igP2ri4x4912.6x10-6x0.0750x5，/X49.8義1146.22義163.23義103=(3.506x10-16x4=2.433x10-4x乂,X=01、5(x)=2.433x10-4x0.11；=1.368x10-4m=1.368x10-1mm.X=05、5(x)=2.433x10-4x0.5匕=2.433x10-4x0.841m=2.046x10-1mm。7-4、當(dāng)把一杯水倒在一塊赤熱的鐵板上時(shí).板面立即會(huì)產(chǎn)生許多跳動(dòng)著的小水滴，而且可以維持相當(dāng)一段時(shí)間而不被汽化掉。試從傳熱學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)解釋這一現(xiàn)象［常稱(chēng)為萊登佛羅斯特(Leidenfrost)現(xiàn)象］，并從沸騰換熱曲線(xiàn)上找出開(kāi)始形成這一狀態(tài)的點(diǎn)。解：此時(shí)在熾熱的表面上形成了穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰，小水滴在氣膜上蒸發(fā)，被上升的蒸汽帶動(dòng)，形成跳動(dòng)，在沸騰曲線(xiàn)上相應(yīng)于q.(見(jiàn)圖6-11)的點(diǎn)即為開(kāi)始形成現(xiàn)象的點(diǎn)。凝結(jié)換熱7-5、飽和水蒸氣在高度l=1.5m的豎管外表面上作層流膜狀凝結(jié)。水蒸氣壓力為p=2.5x1050"，管子表面溫度為123℃。試?yán)门麪柗治鼋庥?jì)算離開(kāi)管頂為0.1m、0.2m、0.4m、0.6m及1.0m處的液膜厚度和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：水蒸氣P=21x解：水蒸氣P=21x105p對(duì)應(yīng)的飽和參數(shù)：〈=127.2℃t=(t+1)/2=(127.2+123)/2=125℃定性溫度：mswCr=2181.8kJ/kg查表得X=68.6x10-2W/(mK)n=227.6x10-6kg/(ms)P=939kg/m34刈九1-1swgP2r4x227.6x10-6x68.6x10-2(127.2-123)x?49.8x9392x2181.8x105_.3913x10-16x)4=6.00013913x)14x10-3mhxhx1149.8x2181.8x103x9392x68.63x10-64x227.6x10-6^27.2-123b1.5917x1015T4x解得x0.10.20.40.61.06(mm)0.0610.0730.0860.0960.109hx1123294457942717763167-6、飽和溫度為5℃的純凈水蒸汽在外徑為25.4mm的豎直管束外凝結(jié)，蒸汽與管壁的溫差為11℃每根管于長(zhǎng)1.5m,共50根管子。試計(jì)算該冷凝器管束的熱負(fù)荷。

t解：m50+(50-11)=44.5p=990.3℃,13,入i=0&1W彳mk)u=606.5x10-62382.7x1031，r=,設(shè)流動(dòng)為層流,1.13h=gp2r九3

1—i

uL(t-t)t解：m50+(50-11)=44.5p=990.3℃,13,入i=0&1W彳mk)u=606.5x10-62382.7x1031，r=,設(shè)流動(dòng)為層流,1.13h=gp2r九3

1—i

uL(t-t)lfw1.139.8x2383x106x990.32x0.6413606.5x10-6x1.5x114hLAtrul2.k)4二4954.4x4954.8x1.5x112%3x106x606.5x10-6=226.3<1600,故為層流。整個(gè)冷凝器的熱負(fù)荷Q=50X4954.8X3.1416X0.0254X1.5X11=326.2kW。7-7、立式氨冷凝器由外徑為50mm的鋼管制成。鋼管外表面溫度為2℃,冷凝溫度為30℃。要求每根管子的氨凝結(jié)量為0.009kg/s,試確定每根管子的長(zhǎng)度。25+30…二27.5解：t=2℃,mu=2.11x10-4kg/(m.s)l,p=600.2kg/m3九=0.5105W/(m℃),l1145.8x103J/kgr-G.rL二由hAAt=G.r，得：兀dhAt。設(shè)流動(dòng)為層流，則有:/41.13h=gp2r-31—i

uL(t-t)

1fw1.139.8義1145.8義103*600.22*0.6510532.11義10-4義5L0.009義1145.8義103=5370.3L14代入L的計(jì)算式，得:（13129.9丫4L=3.1416義0.05義5*5370.3所以L(fǎng)=I5370.3；=3.293mh=5370,3X3.293-14=3986.6W/(m2.k),4義3986.6義3.293義5R=1145.8義103*2.11義10-4e二1086V1600,故為層流。7-8、水蒸汽在水平管外凝結(jié)。設(shè)管徑為25.4mm,壁溫低于飽和溫度℃,試計(jì)算在冷凝解：按式（6-4）計(jì)算,各壓力下的物性及換熱系數(shù)之值如下表示：Pc/(105Pa)0.050.51.010.0tc/(℃)32.481.599.8179.8tm/（℃）34.984102.3182.3Pt/(℃)993.98969.2956.7884.4入t/[W/(m.k)]0.6260.67640.68350.6730ulX106/[kg/(m.s)]728.8379.02277.1151.0r/(KJ/kg)2425230522602015

h/[W/(mh/[W/(m2.k)]114501393315105161387-9、飽和溫度為3℃的氨蒸汽在立式冷凝器中凝結(jié)。冷凝器中管束高3.5m,冷凝溫度比壁溫高4.4℃。試問(wèn)在冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算中可否采用層流液膜的公式。物性參數(shù)可按3°℃計(jì)算。解：按照附錄13,30℃的氨液的物性參數(shù)為：p=585.4kg/m3九=0.4583W/(m.℃)v=2.143x10-7l,l,f,1.13先按層流計(jì)算，則：h1.13先按層流計(jì)算，則：h=9.8x1143850x595.42x0.458332.143x10-7x3.0x4.44，/.、二4322W/(m2.k)4x4322x3x4.4二1587V16001143850x0.2143x10-6x595.4。確實(shí)屬于層流范圍。7-10、一工廠(chǎng)中采用0.1MPa的飽和水蒸汽在一金屬豎直薄壁上凝結(jié)，對(duì)置于壁面另一側(cè)的物體進(jìn)行加熱處理。已知豎壁與蒸汽接觸的表面的平均壁溫為7℃,壁高12m.寬30cm。在此條件下，一被加熱物體的平均溫度可以在半小時(shí)內(nèi)升高30℃，熱確定這—物體的平均效容量。不考慮散熱損失。解：近似地取ts=100解：近似地取ts=100℃p=968.6kg/m3lts.Hw.=852℃。九二0.677W/(m.K)lu=335x10-6kg/(ms)r=2257.1義103J/kg1.13設(shè)為層流1.13設(shè)為層流h=gp2r九31—1uL(t-t)1fw1.139.8x1.139.8x2.257x106x568.552x0.3773335x10-6x1.2x30=45431.7W/(m2.k)4hLAt4x5431.7x1.24hLAt4x5431.7x1.2x30rulQ=Ah(ts2.257義106*335*10一6=1034.5(1600，與假設(shè)一致。-1)=5431.7x1.2x30=58.66kWwpcv=平均熱容量QAt58.66x103x180030=3.52義106J/K7-11、一塊與豎直方向成3°角的正方形平壁，邊長(zhǎng)為40cm、1.013x105Pa的飽和水蒸汽在此板上凝結(jié)，平均壁溫為96℃。試計(jì)算每小時(shí)的凝結(jié)水量。如果該平板與水平方向成3°°角，問(wèn)凝結(jié)量將是現(xiàn)在的百分之幾？業(yè)6二98解：tm=2℃，業(yè)6二98解：tm=2℃，lp=958.5kg/m3九=0.6829W/(m.K)u=283.2x10-6kg/(m.s)一i，r—，l2257x103J/kg，設(shè)為膜狀凝結(jié)，1.13h=grsin①p2r九31—]-uL(t-t)lfw1.139.8義sin60。義2.257義106*958.52*0.6833283.1義10-6*0.4義(100—96)4,、=11919W/(m2.k)4hLAt4義11919義0.4義4rulQ=Ah(t2.257義106*283.1義10一6=119.4(1600—t)4hLAt4義11919義0.4義4rulQ=Ah(t2.257義106*283.1義10一6=119.4(1600—t)=11919x0.42x4=7628.2Ww7628.22.257x106=3.38x10-3kg/s=12.2kg/h如果其它條件不變，但改為與水平方向成30°角，則h為原來(lái)的C/J3丫42/Tk>=0.872=87.2%,因而凝結(jié)量亦將是現(xiàn)在的87.2%。7-12、壓力為1.013x105Pa的飽和水蒸汽，用水平放置的壁溫為90℃的銅管來(lái)凝結(jié)。有下列兩種選擇：用一根直徑為10cm的銅管或用10根直徑為1cm的銅管。試問(wèn)：(1)這兩種選擇所產(chǎn)生的凝結(jié)水量是否相同?最多可以相差多少？(2)要使凝結(jié)水量的差別最大,小管徑系統(tǒng)應(yīng)如何布置(不考慮容積的因素)。(3)上述結(jié)論與蒸汽壓力、銅管壁溫是否有關(guān)(保證兩種布置的其他條件相同)?解：水平管的凝結(jié)換熱公式k0.729grp2九3

ndG-t)

lsw兩種方案的換熱表面積相同,溫差相等,由牛頓冷卻公式①hAAtq=—=—h①二hHAAt，故凝液量mrr因此,兩種方案的凝液量之比qm2h—H1hH214=0.562故小管徑系統(tǒng)的凝液量是大管徑系統(tǒng)的1.778倍。只要保證蒸氣壓力和管壁溫度在兩種情況下相同，上述結(jié)論與蒸氣壓力和銅管壁溫?zé)o關(guān)。7-13、一臥式水蒸汽冷凝器管子的直徑為20mm,第一排管子的壁溫tw=15℃，冷凝壓力為4.5xl03Pa。試計(jì)算第一排管子每米長(zhǎng)的凝結(jié)液量。t解：相應(yīng)于4.5X103Pa的飽和溫度為30.94℃，，mpl=997.5kg/m3九=0.605W/(m.K)l30.94+15=22.972232℃。ul=943.3x10-6kg/(ms)r=2438.5x103J/kg，At=30.94-15=15.94℃，0.725h=9.8x2438.5x103x997.52x0.6053943.3x10-6x0.02x15.94―8340W/(m2.k)每米長(zhǎng)管子上的凝結(jié)水量：「兀dhAt3.1416x0.02x8340x15.94G==2438.5x103=3.425x10-3kg/s=12.33kg/h7-14、飽和溫度為3℃的水蒸汽在恒定溫度的豎壁上凝結(jié)，試估算使液膜進(jìn)入湍流的1At之值。物性按飽和溫度查取。p=99.75kg/m3解：l九=0.618W/(m.K)lu=801.5x10-6kg/(ms)，lr=2430.9x103J/kg于是有h=1.139.8義2430.9義103*9957義0.6183801.5義10-6LAt=h=1.139.8義2430.9義103*9957義0.6183801.5義10-6LAt=10319.4(LAt)-144hLAtLAt之值應(yīng)滿(mǎn)足：801.5x10-6x2430.9x103779346.5_10319.4>1600h>即,

779346.5LAt,兩式聯(lián)立得L”(LAt>4,(LAt)4=75.52,LAt=319.2m.℃o7-15、設(shè)習(xí)題7-14中飽和水蒸汽的飽和壓力為1.013X105Pa,試重做該題。在一般工業(yè)與民用水蒸汽凝結(jié)的換熱系統(tǒng)中，沮差常在5?10℃范圍內(nèi)，由本題及習(xí)題6—14的計(jì)算你可以得出什么看法？解：100℃下飽和水的物性為：pl=958.4kg/m3u=282.5x10-6kg/(ms)r=2257.1x103J/kgl,,九=0.683W/(m.K)lh=1.139.8義2257.1義103*958.42*0.68332.825義10-4LAt4=13903(LAt)-144hLAt,

25505213903將此式與下式聯(lián)立，282.5義10-6*2257.1義103>1600得LAt(LAt)14,由此得：(LAt)34=18.345,LAt=48.3m.℃。一般工業(yè)用冷凝器大多在層流范圍內(nèi)。7-16、為估算位于同一鉛垂面內(nèi)的幾棍管子的平均凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),可采用下列偏于保守的公式：h=h/4nn1其中h1為由上往下第1排管子的凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。這里假定n根管子的壁溫相同。今有一臺(tái)由直徑力20mm的管束所組成的臥式冷凝器，管子成叉排布置。在同一豎排內(nèi)的平均管排數(shù)為20,管壁溫度為15℃,凝結(jié)壓力為4.5x103Pa,試估算純凈水蒸汽凝結(jié)時(shí)管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。t解：m30.94+15=22.97氏23p=997.5kg/t解：m30.94+15=22.97氏23p=997.5kg/m3r=2438.5義103J/kg℃。九=0.605W/(m.K)lAt=30.94-15=15.94℃ul=943.3x10-6kg/(ms)h=0.7259.8義2438.5義103*997.52*0.6053943.3義10-6*0.02*15.94=8340W(/m2.k)￡=1/n】4=1/2014=0.4729h=8340x0.4729=3944W/(m2?K),n7-17為了強(qiáng)化豎管外的蒸汽凝結(jié)換熱,有時(shí)可采用如附圖所示的凝結(jié)液泄出罩。設(shè)在高l的豎管外，等間距地布置n個(gè)泄出罩，且加罩前與加罩后管壁溫度及其他條件都保持不變。試導(dǎo)出加罩后全管的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與未加罩時(shí)的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)間的關(guān)系式。如果希望把表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)提高2倍，應(yīng)加多少個(gè)罩？如果l/d=100,為使豎管的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與水平管一樣,需加多少個(gè)罩？解：設(shè)加罩前平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h0,加罩后為hn,則有：h?(1/L)14h_1^L/(n+西0，n，hn=￡/Il/(n+1)]}14)(n+1)14則h0(1/L)14,L-2n-2與欲使h0，應(yīng)有(n+1)14-2,n+1-16,n-16-1-15,設(shè)需把直管等分為幾段才能使全管平均換熱系數(shù)與水平管一樣，則有：0.725gp2r入0.725gp2r入3—i-目dAtl141.13gp2從3旦GoOd/n、Atl即：0.725-1.13(—)141000.725n-100()4-16.9氏171.13段，即共需17-1=0.725n-100()4-16.9氏171.13段，即共需17-1=16各泄出罩。7-18、如附圖所示，容器底部溫度為t(<ts=，并保持恒定，容器側(cè)壁絕熱。假定蒸汽在凝結(jié)過(guò)程中壓力保持不變，試導(dǎo)出凝結(jié)過(guò)程中每一時(shí)刻底部液膜厚度6的計(jì)算式，在你的推導(dǎo)過(guò)程中，“容器側(cè)壁絕熱”這一條件起了什么作用？解：據(jù)給定得條件，從汽－液分界面上釋放出得汽化潛熱均通過(guò)d8九(t-1)pr———i——sw—液膜得導(dǎo)熱而傳到底面上的，于是有：ld工8,其中工為時(shí)間，將此式對(duì)工作積分，并利用T-0,8-0的條父'2X(t-1)8-■———Zt_件，得、pr。此式表明液膜厚度與?丹成正比。容器側(cè)壁絕熱使本題可以按一維無(wú)限大平壁導(dǎo)熱問(wèn)題處理。沸騰換熱度為100℃，壁溫比水溫高5℃。7-19、直徑為6mm的合金鋼元在98℃水中淬火時(shí)的冷卻曲線(xiàn)如附圖所示。鋼元初溫為800℃。。試分析曲線(xiàn)各段所代表的換熱過(guò)程的性質(zhì)。解：AB段鋼元的溫度隨時(shí)間的變化比較平緩，代表了膜態(tài)沸騰區(qū)的換熱特性，BC段的上半部鋼元溫度隨時(shí)間而急劇下降，呈現(xiàn)出核態(tài)沸騰的特點(diǎn)，而到BC段的下部，溫度曲線(xiàn)再次變得平緩，反應(yīng)出對(duì)流換熱逐漸進(jìn)入以自然對(duì)流為主得區(qū)域。7-20、平均壓力為1.98x105Pa的水，在內(nèi)徑為15mm的銅管內(nèi)作充分發(fā)展的單相強(qiáng)制對(duì)流換熱。水的平均溫試問(wèn)：當(dāng)流速多大時(shí)，對(duì)流換熱的熱流密度與同壓力、同溫差下的飽和水在銅表面下作大容器核態(tài)沸騰時(shí)的熱流密度相等?解：ps=1.98x102Pa時(shí)，：=120℃，對(duì)應(yīng)水的物性u(píng)-0,252x10-u-0,252x10-6m2/sP-1.47九—0.686W根據(jù)公式，rh-CAt2.33p0.50.1224x52.33x1.98x105)0.5=2315.87W/￡2-K由題意，要使二者熱流密度相等，在溫差相同情況下，必須表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h相等。對(duì)管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流，，一人h'-0.023R0-8P0-4-,erd而h-h

所以R0.8

e所以R0.8

ehd2315.87X0.015二1887.240.023P0.4入0.023x1.470.4x0.686rR=12439enudRu12439X0.252x10-6八?,R=—u——e—==0.21m/s而eu所以d0.0157-21、當(dāng)液體在一定壓力下作大容器飽和核態(tài)沸騰時(shí)，欲使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加10倍．溫差(t-ts)應(yīng)增加幾倍?如果同一液體在圓管內(nèi)作單相揣流換熱(充分發(fā)展區(qū))，為使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)提高10倍，流速應(yīng)增加多少倍？為維持流體流動(dòng)所消耗的功將增加多少倍?設(shè)物性為常數(shù)。解：(1)大容器飽和沸騰1―102..33—2.69A1―102..33—2.69h?A12.33AtIhJ(2)管內(nèi)湍流'邑Y0.8—101.25—17.78h?V0.8Ap?V2N?Ap-A-V?V3N'(V')N'(V')3—17.783—5620.8答：大容器飽和沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加10倍．壁面過(guò)熱度是原值的2.69倍。圓管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加10倍，流速是原值的17.78倍，這時(shí)流體的驅(qū)動(dòng)功率是原值的5620.8倍。7-22直徑為5cm的電加熱銅棒被用來(lái)產(chǎn)生壓力為3.61X105Pa的飽和水蒸汽，銅棒表面溫度高于飽和溫度℃，問(wèn)需要多長(zhǎng)的銅棒才能維持90kg/h的產(chǎn)汽率？解：再3.61xi05Pa的壓力下，水的物性參數(shù)為：c―4287J/(kg-K)plY—c―4287J/(kg-K)plY—507.2x10-4N/m—2144.1x103J/kgpl—926.1kg/m3p―1.967kg/m3n—201.1X10-6kg/(m-s)tc—0.013wv,vPr—1.26

f，于是有：擊人=。。13507.2x10-4201.1X10-6X2.144X106\9.8x(926.1-1.967)0.33,由此解得：q=40770W/m2,不考慮從過(guò)冷水加熱到飽和水所需消耗的熱量，把20kg飽和水變成飽和蒸汽所需的熱量為20X2144.1X103,因而加熱棒之長(zhǎng)為：20x2144.1x103/3600=8.37m3.1416x0.05x40770。7-23、一銅制平底鍋底部的受熱面直徑為30cm,要求其在1.013x105Pa的大氣壓下沸騰時(shí)每小時(shí)能產(chǎn)生2.3kg飽和水蒸氣。試確定鍋底干凈時(shí)其與水接觸面的溫度。Pr175解：ts=100℃時(shí)水的物性參數(shù)為Prf—1.75Pr175解：ts=100℃時(shí)水的物性參數(shù)為Prf—1.75r—2257.1X103J/kgpl—958.4kg/m3、―588.6x10-4N/m“―282.5x10-6kg/(m-s)，t①2.3x2257.1x103x4cwlc―4220J/(kg?K)plp—0.5977kg/m3v—0.013,3.1416x0.32x3600—2040W/m2crPrAcrPrAt=wl^fcplq?rnr\g(p-p)LlVlv」=5.29t=t+At=100+5.29=105.3op℃，wf℃。7-24、一臺(tái)電熱鍋妒，用功率為8kw的電熱器來(lái)產(chǎn)生壓力為1.43X105Pa的飽和水蒸汽。電熱絲置于兩根長(zhǎng)為1.85m、外徑為15mm的鋼管內(nèi)(經(jīng)機(jī)械拋光后的不銹鋼管)，而該兩根鋼管置于水內(nèi)。設(shè)所加入的電功率均用來(lái)產(chǎn)生蒸汽，試計(jì)算不銹鋼管壁面溫度的最高值。鋼管壁厚1.5mm,導(dǎo)熱系數(shù)為10w/(m?K)。=45882W/=45882W/m2,解：由已知條件可得，熱流密度2義3.1416義1.85*0.015在1.43xl05Pa壓力下:p=951kg/m3p=0.8265kg/m3c-4233J/(kg-K)r-2691.3義103J/kgl,v,pl,,、-569義10-4N/mn-259x10-6kg/(m7)九-0.685W/(m-K)Pr=1.60,t,l,f。代入式(6-)17有：At-2691.3xAt-2691.3x103x1.604233x0.0132x45882:569x10-4259x10-6x2691.3x103\；9.8x(951-0.8265)0.33At-q―???t-120+7.37-127.4℃TOC\o"1-5"\h\z7.37℃，w℃。不銹鋼管內(nèi)的熱量都是通過(guò)內(nèi)壁面導(dǎo)出的,導(dǎo)熱溫差：At=①ln(d/d)/(2忒l)-4000ln(15/12)/(2x3.1416x10x1.85)-7.68「21℃。最高壁溫位于內(nèi)壁面上，其值為十=℃。7-25、直徑為30mm的鋼棒(含碳約1.5%)在100℃的飽和水中淬火。在冷卻過(guò)程中的某一瞬間，棒表面溫度為110℃,試估算此時(shí)棒表面的溫度梯度。沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按式(6－15)估計(jì)。解.h-44.8A14.33p0.5=44.8x(110-100)4.33x1.0130.5-9640W/(m2.K)，dt一入——hAt這一對(duì)流換熱量系通過(guò)工作表面里層的導(dǎo)熱而傳遞到工作表面上，故有：沙，at_hAt_9640x10_————-———-—2634°C/m力入36.6，負(fù)號(hào)表示溫度沿半徑方向減少。7-26一直徑為3.5mm、長(zhǎng)100mm的機(jī)械拋光的薄壁不銹鋼管，被置于壓力為1.013X105Pa的水容器中，水溫已接近飽和溫度。對(duì)該不銹鋼管兩端通電以作為加熱表面。試計(jì)算當(dāng)加熱功率為1.9W及100W時(shí)，水與鋼管表面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)值。解：(1)當(dāng)加熱功率為1.9W時(shí)。①1.9q-1728.8W/m2兀dl兀x0.0035x0.1這樣低的熱流密度仍處于自然對(duì)流階段。此時(shí)溫差一般小于4℃。由于計(jì)算自然對(duì)流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)需要知道其壁面溫度，故本題具有迭代性質(zhì)。先假定溫差A(yù)t-tw1.6℃定性溫度物性參數(shù)t-1(t+1)=100.8m2定性溫度物性參數(shù)P-1.743r九二0.6832W/(mP-1.743ru-0.293x10-6m2/sa-7.54x10-4K-1gaAtd3u29.8x7.54x10-4xgaAtd3u2)—)5904.5(0.293x10-6)2

故Nu=0.48(GP故Nu=0.48(GP)4=0.48x(5904.5義1.7431=4.83rrN九_(tái)4.83x0.6832所以u(píng)U-

d0.0035=942.8W/m2?K)q=hAt=942.8義1.6=1508.48W/m2與q=1728.8W/m2相差達(dá)12.%,故需重新假定△。5考慮到自然對(duì)流q8At4即At8qO'At=At=1.6+fn]

(1508.48)0.8=2.715℃1而h8At4即2.715)4h=942.82.715)4h=942.8xII1.6)1076W/m2100q=⑵當(dāng)中二100W時(shí)，兀dl兀x0.0035x0.1=90945.7W/m2假定進(jìn)入核態(tài)沸騰區(qū)，P=1.013x105Pa根據(jù)公式h=C2q07。15=0.5335x(90945.717x1.013x105)15=8894.5W/m2?K)驗(yàn)證此時(shí)的過(guò)熱度90945.7h8894.590945.7h8894.5確實(shí)在核態(tài)沸騰區(qū)。=10.2℃7-27、式(7-17)可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化成h=Cq0.67,其中系數(shù)C取決于沸騰液體的種類(lèi)、壓力及液體與固體表面的組合。對(duì)于水在拋光的銅、鉑及化學(xué)蝕腐與機(jī)械拋光的不銹鋼表面上的沸騰換熱，式(7-17)中的Cwi均可取為0.013。試針對(duì)p=1.013x105Pa、4.76x105Pa、10.03x105Pa、19.08x105Pa、39.78x105Pa下的大容器沸騰、計(jì)算上述情形中的系數(shù)C,且進(jìn)一步把系數(shù)C擬合成壓力的冪函數(shù)形式，并與式(6—16)比較。解：把式(6-17)寫(xiě)成h=Cq0.67的形式，可得：cC=—1cC=—1?rprl0.013c=plig(p-1l0.330.013r0.67prllly0.33，P/(bar)1.0134.7610.0319.0839.78C/[KJ/(kg.K)]pl4.224.3134.4174.5554.844Prl1.751.171.000.910.86plx106/[kg/(m.s)]282.5186.4153.0130.5169.9rX10-3/(J/kg)2257.12113.12013.01898.31714.5p/(kg/m3)958.4917.0886.9852.3799.0

pvl/(kg/m3)0.59772.5485.1609.59319.99。X104/(N/m)588.6486.6422.8354.1261.9C4.99727.12798.40979.612411.352用最小二乘法擬合得C=5p0223,p的單位為bar。7-28、在所有的對(duì)流換熱計(jì)算式中．沸騰換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式大概是分歧最大的。就式（6—17）而言、用它來(lái)估計(jì)q時(shí)最大誤差可達(dá)100%。另外，系數(shù)cm的確定也是引起誤差的一個(gè)方面。今設(shè)在給定的溫差下，由于Cw的取值偏高了20%,試估算熱流密度的計(jì)算值會(huì)引起的偏差。如果規(guī)定了熱流密度，則溫差的估計(jì)又會(huì)引起多大的偏差？通過(guò)具體的計(jì)算來(lái)說(shuō)明。r]解：（1）由于其它條件不變，給出八t么計(jì)算”時(shí)，應(yīng)有C：qC00.33iwiq0.332，0.33一Z7即1q0.33一Z7即1q"(￡A(C)WL2L.么二-L1.2q1.23.0311==57.55173751.7375%,即偏低42.5%。（2）當(dāng)給定q,由式（6-17）確定△t時(shí)，Cwl的誤差與At的誤差成線(xiàn)性關(guān)系。7-29、用直徑為1mm、電阻率P=1」*10一60*m的導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)盛水容器作為加熱元件。試確定，在ts=10℃時(shí)為使水的沸騰處于核態(tài)沸騰區(qū)，該導(dǎo)線(xiàn)所能允許的最大電流。解：按下題的計(jì)算qmax=1.1義106卬/m2,達(dá)到臨界熱流密度時(shí)，每米長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)上總換熱量①=3.1416X0.001X1.1X106=3456W,每米長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)的電阻：1①3456R=1.1義=1.4Q12===2468.63.1416義12/4,按Ohm定律，R1.4,I=<2468.6=49.7A。7-30、在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行壓力為01.013X105Pa的大容器沸騰實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用大電流通過(guò)小直徑不銹鋼管的方法加熱。為了能在電壓不高于220v的情形下演示整個(gè)核態(tài)沸騰區(qū)域，試估算所需的不銹鋼管的每米長(zhǎng)電阻應(yīng)為多少，設(shè)選定的不銹鋼管的直徑為3mm,長(zhǎng)為100mm。解：r=2257.1義103J/kgp=958.4kg/解：r=2257.1義103J/kgl,v,Y=588.6義10-4N/m,q=—x2257.1x103x<0.5977x9.8x588.6x10-4x(958.4x-0.5977)^1=1.1x106W/m2max24。達(dá)到臨界熱流密度時(shí)，換熱總量：①=兀dlqmax=3.1416x0.003x0.1x1.1x106=1037W按照ohm定律，U2按照ohm定律，U2O=IR=——R,U22202^v--故該件的電阻中1037=46.67Q即每米長(zhǎng)電阻應(yīng)為466.7Q。7-31、試計(jì)算當(dāng)水在月球上并在105Pa及10X105Pa下作大容器飽和沸騰時(shí)，核態(tài)沸騰的最大熱流密度（月球上的重力加速度為地球的1/6）比地球上的相應(yīng)數(shù)值小多少？解：按式（6-20）,"ax?g14,地球上P=105Pa時(shí)，qmax='^/m2,故月球q-(-)14x1.1x106=0.6398x1.1x106=0.703x106W/m2上該壓力下max6；在壓力為10x105Pa時(shí),r=2013x103J/kg,pl=886.9kg/m3,pv=5.16kg/m3Y=422.8x10-4N/mX9.8X6X422.8xX9.8X6X422.8x10-4x(886.9x-5.16)4=1.674x106W/m2。兩種情形下月球的“max均為地球上相應(yīng)情形下的19.84=0.639(9.8丫4倍。3.1416q=x2013x103x<5.16max247-32、在一氨蒸發(fā)器中，氨液在一組水平管外沸騰，沸騰溫度為-20℃。假設(shè)可以把這一沸騰過(guò)程近似地作為大容器沸騰看待，試估計(jì)每平方米蒸發(fā)器外表面所能承擔(dān)的最大制冷量。-2?！鏁r(shí)氨從液體變成氣體的相變熱（潛熱）r=1329kJ/kg,表面張力y=0.031N/m,密度p=1.604kg/m3v。解：:二-20℃解：:二-20℃時(shí)，“由式/6-20）得：p=666.7kg/m3l。=^-rp12[gy(p-p)1max24vlv3.1416X1329X103X卜1.604xb.8x0.031x(666.7—1.604)114=8.31x105W/m2247-33、一直徑為5cm、長(zhǎng)10cm的鋼柱體從溫度為110℃的加熱爐中取出后，被水平地置1100+100=600℃2，由式(6-21)，于壓力為1.013X105Pa的盛水容器中（水濕已近飽和）。試估算剛放入時(shí)工件表面與水之間的換熱量及工件的平均溫度下降率。鋼的密度p=7790kg/m3，比熱容c=470J1100+100=600℃2，由式(6-21)，t解:工件置于水容器得瞬間形成了穩(wěn)定得膜態(tài)沸騰，m得h=0.62r4=96.77W/(m2.K)9.8X2257.1X10h=0.62r4=96.77W/(m2.K)2.067x10—5x0.05x(1100-100)輻射換熱系數(shù)按式（8-16）計(jì)算：o(T4—To(T4—T4)-0—w11+-1￡￡12T—T1000wb」正也x（13734-3734）=160.3W/(m2?K)3.1416義3.1416義0.052義0.1義7790義4=718.89J/℃故h=96.77+160.3=257.1W/(m2?K)?？倱Q熱量：兀d2.0.052①=(兀dl+——x2)hAt=(0.05x0.1+)x3.1416x257.1x1000=5048W42兀d2,pcV=1pc工作得熱容量4p故平均的溫度下降率為5048/718.89=7.02℃/s。7-34如附圖所示，在軋制鋼板的過(guò)程中，當(dāng)鋼板離開(kāi)最后一副軋滾后，用水（冷卻介質(zhì)）沖射到鋼板上進(jìn)行冷卻，然后再卷板。由于鋼板溫度很高，水膜離開(kāi)噴嘴不遠(yuǎn)即在其下形成汽膜。不考慮運(yùn)動(dòng)的影響，并把鋼板看成直徑為1.1m的圓柱表面。試估計(jì)每平方米鋼板與水的貼壁射流間的換熱量。鋼板表面的溫度900K,發(fā)射率為0.50。解：用膜態(tài)沸騰換熱的公式

h=0.62cgrp(h=0.62cgrp(P-P)入3nd(t-t)

vws7￡0(T4-T4)

h=wb——rT-Twsh34=h43+hh13取ts=100℃t=973-273=700℃

w℃￥=400℃，7-35、水在1.013x105Pa的壓力下作飽和沸騰時(shí)，要使直徑為0.1mm及1mm的汽泡能在水中存在并長(zhǎng)大，加熱面附近水的過(guò)熱度各為多少?(利用克拉貝龍方程導(dǎo)出最小汽泡半徑算式的過(guò)程，可見(jiàn)本書(shū)第一版4－4節(jié)。)解：氣泡內(nèi)介質(zhì)與周?chē)黧w達(dá)到熱平衡時(shí)，有要使氣泡長(zhǎng)大應(yīng)使12yTS-Rrpv，100℃時(shí)，有：At>因而：綜合分析2解：氣泡內(nèi)介質(zhì)與周?chē)黧w達(dá)到熱平衡時(shí)，有要使氣泡長(zhǎng)大應(yīng)使12yTS-Rrpv，100℃時(shí)，有：At>因而：綜合分析2yTrpTv1-T)sT-T，即12yTs—Rrpv，y=588.6x10-4N：m,r=2257.1kJ/kg,2義588.6義10-4義3730.1義10-4*2257.1義103*0.5977=0.325℃，=0.5977kg；m3當(dāng)R=1mm,At>0.0325℃7-36、—種冷卻大規(guī)模集成電路塊的方法的示意圖如附圖所示。集成電路塊被浸入一種低沸點(diǎn)的非電介質(zhì)中，該介質(zhì)受熱沸騰后所產(chǎn)生的蒸汽在其上部空間的豎直表面上凝結(jié)。這些表面的溫度tc維持在低于飽和溫度的溫度上。今有若干塊面積為25mm2的集成電路塊浸入一種制冷刑中。已知L=50℃，制冷劑物性為pi=1650kg/m3，cp,i=1000J/限g,K),nl=6.85x10-4r=1.05x105J/kg，Cwl九=0.06W/(mnl=6.85x10-4r=1.05x105J/kg，Cwl=0.004，s=L7，集成電路塊的表面溫度tw=70℃。冷凝表面的溫度t0=15℃(采用其他冷卻劑對(duì)其進(jìn)行冷卻而得以維持)，每個(gè)冷凝表面高45mm。試確定：(1)每個(gè)集成電路塊的發(fā)熱量；(2)冷卻200個(gè)集成電路塊總的所需要的冷凝表面面積(m2)。q=nr1解：(1)按Rohsenowq=nr1解：(1)按Rohsenow公式g(P-P)l—yCAt

pi

CrPr1.7wllq=6.85x10-4x1.05x105x入得：-9.8x1650F；6x10-31000x20把物性和pv310.004x1.05x105x111.7；=6.85x10-4x105x1641.6x(47.62/58.93)3=62289W/m2①二25x10-6x62289=1.56W,假設(shè)200塊芯片相互不干擾，則:①=25x10-6x62289x200=1.56x200=312Wi。h=0.943(2h=0.943(2)grp2入3

1-i—

nh(t-1)sw4=0.9439.8x1.05x105x16502x0.0636.85x10-4x0.045x(50-15)=0.943x(5.6087x1011)14=0.943x865.4=816W/(m2.K)，q=hAt=816x35=28562.5W/m2，所需面積為：312/28562.5=1.092x10-2m2=10920mm2。7-37、平均溫度為15℃、流速為1.5m/s的冷卻水，流經(jīng)外徑為32mm、內(nèi)徑為28mm的水平放置的銅管。飽和壓力為0.024xl05Pa的水蒸汽在銅管外凝結(jié)，管長(zhǎng)1.5m。試計(jì)算每小時(shí)的凝結(jié)水量（銅管的熱阻可不考虜）。解：本題需要假設(shè)壁溫t管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)按式九二解：本題需要假設(shè)壁溫t管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)按式九二0.587W/（m?K）w，正確的壁溫值應(yīng)使管內(nèi)與管外的對(duì)流換熱量相等。（5-54）計(jì)算，15℃的水物性為：Pr=8.27v=1.156x10-6m2/s，udRe=-v1.5X0.028二363321.156x10-60587h=0.023xx363320.8x8.270.4=4994W/(m2-K)0.02830+25.5中…t=25.5℃wt=25.5℃w℃nl=847.1x10-6kg/(m-s)2℃九二0.614W/(m-k),r=0430.9x103J/kgh=0.7254=10552W/(m2-K)9.8h=0.7254=10552W/(m2-K)847.1x10-6x0.032x(30-25.5)①=hAAt=4994x3.1416x0.028x1.5x(25.5-15)=4994x0.1319=6919W1lll，①=hAAt=10552x3.1416x0.032x1.5x(30-25.5)=7160Wnnnn。①n與①1之差大于3%；改設(shè)tw=25.6℃，則物性變化甚微，ho與hl可以認(rèn)為不變，于是:與①1之差小于2%,取G=凝69922430.9與①1之差小于2%,取G=凝69922430.9x103①二7001+6982=6992W=2.877x10-3kg/s=10.4kg/h7-38、熱虹吸管（又稱(chēng)重力熱管）是一種封閉、豎直放置的容器，其沸騰段吸收的熱量在其冷凝段放出,如附圖所示。今用拋光的不銹鋼制成一熱虹吸管，d=20mm、l=20mmb,lc=40mm,li=40mm。設(shè)1.013xlo5Pa壓力下的飽和水在沸騰段沸騰.熱流密度q是臨界熱流值的30%。試計(jì)算：（］）沸騰段的平均壁溫twb；（2）凝結(jié)段的平均壁溫twc；（3）冷凝液的質(zhì)量流量（kg／s）。解：設(shè)冷凝段液膜為層流,且按平壁公式計(jì)算,計(jì)算溫度取為100℃,熱虹吸管頂管絕熱,p=958.4kg/m3p=0.5977kg/m3C=4220J/(kg?K)r=2257.1x103J/kgl,v,pl,y=588.6x10-4N/mn=282.5x10-6kg/(m-s)X=0.683W/(m?K),l,l,Pr=1.75l。(1)沸騰段熱負(fù)荷取的30%：q=0.30xL17x106=3.51x105W/m2C應(yīng)用Rohsenow公式，取\l=0.006n=1.0,,q=nlrg(p-p)1y』2C(t-t)plwhsCrPrnwl名蜃整理一戲秀資源名蜃整理一戲秀資源名蜃整理一戲秀資源名蜃整理一戲秀資源3.513.51x105=282.5x10-6x2257.1x103x9.8x(958.4—0.598)4C(t-1)3)_xPlwh__588.6x10-4」CrPrnwwll」，3.513.51x105=637.63x9.8x(958.4-0.598)[4-~588.6x10-4

4220(t-100)

wh

0.006x2257x103x1.7510==244.19(t-100)3=3.51x105xw

1637.63x399.3x5.646x10-3℃o℃ot-100=244.19、=6.24t=106.2wh，wb(3.14(3.14x0.022)+3.14x0.02x0.02x3.51x105J沸騰段總換熱量:

兀，、—d2+ndlq=4b)=1.57x10-3x3.51x105=3.511x102W(2)冷凝段:h二(2)冷凝段:h二]14lswc,①=hAAt=0.943grp2入31-l——"l(t-1)swc14x(3.14x0.02x0.04)x(t-1)swc，551.1:0.9439.8551.1:0.9439.8x2257.1x103958.42x0.6833282.5x10-6x0.03x(t-1)swc/4x(2.512x10-3)x(t-1)swc551.1=0.943551.1=0.943x29562.7x(t-t)

swc4x(2.512x10-3)x(t-1)swc，(t-1)(t-1)34=551.1/70.03=7.87tswc-t=15.64

wc這一溫度與假定值相差太大，影響到物性計(jì)算,t=100-15.64=84.4℃wc℃owc=85℃，計(jì)算液膜的定性溫度為100±85二92.52℃，查得100±85二92.52℃，查得p=963.6kg/m3p=0.4669kg/m3C=4210J/(kg?K)

，plr=2276x103J/kgY=602.6x10-4N/m=306.8x10-6kg/(m-s)九二0.681W/(m-K)l，Prl=1.90o通過(guò)類(lèi)似計(jì)算得((-1)34=7.731wc，t-1=t-1=15.3t=100-15.3=84.7swc，wc℃o可見(jiàn)對(duì)twcc可見(jiàn)對(duì)twcc的影響不大。①551.1(3)冷凝液量：r2276x103=2.42x10-4kg/s=0.879kg/h7-39、為了查明某種肋片管的對(duì)流換熱性能，在傳熱風(fēng)洞中進(jìn)行了空氣橫掠單排肋片管的試驗(yàn)。肋片管豎直布置，試驗(yàn)段高30cm,在同一迎風(fēng)面上布置了5排管子，肋片管基圓直徑為20mm，內(nèi)徑為16mm，管內(nèi)以壓力為1.013x105Pa的飽和水蒸汽凝結(jié)來(lái)加熱管外氣流。在一次試驗(yàn)中測(cè)得以下參數(shù)：空氣的平均溫度為30℃，總換熱量為2100W。肋片管的熱阻可以忽略，管內(nèi)凝結(jié)可近似地以飽和溫度作為定性溫度.端部散熱亦略而不計(jì)。試確定在試驗(yàn)條件下，以基圓面積為計(jì)算依據(jù)的肋片管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：按給定條件，管內(nèi)水蒸汽凝結(jié)換熱量等于管外空氣換熱量。

2100每根管子的凝結(jié)換熱量為藍(lán)一二420W把100℃時(shí)水物性值代入式（6-10）,得:h=1.139.82100每根管子的凝結(jié)換熱量為藍(lán)一二420W把100℃時(shí)水物性值代入式（6-10）,得:h=1.139.8義2257.1義103*958.42*0.06833282.5義10-6義0.3xAt，h=18785.7A廣匕At=由①二AhAt得：118785.7A；內(nèi)壁溫度：「100-1.687二吸3℃420118785.7x3.1416x0.016x0.3；=1.687℃，略去壁面熱阻不計(jì)，則外壁平均值亦為此值，420故外表面平均換熱系數(shù):AAt3.1416x0.02x0.3x(98.3-30)故外表面平均換熱系數(shù):7-40、氟里昂152a是一種可能替代氟里昂12的綠色制冷劑.為了測(cè)定其相變換熱性能進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的凝結(jié)換熱的試驗(yàn)研究。該冷凝器試驗(yàn)臺(tái)系用兩根布置在同一水平面內(nèi)的黃銅管組成，管內(nèi)用水冷卻。為增加冷卻水進(jìn)出口溫差以提高測(cè)定的準(zhǔn)確性，水系統(tǒng)中兩根黃銅管是串聯(lián)的。冷卻水由入口處的1℃升高到出口處的17℃。黃銅管的外徑為20mm、管壁厚為2mm,長(zhǎng)為1m,氟里昂152a的冷凝溫度為30℃。試確定在該工況下的平均水速及管壁兩側(cè)按總面積計(jì)算的相對(duì)熱阻的大小。t解:采用試湊法，水側(cè)m15+t解:采用試湊法，水側(cè)m15+17二16℃p=963.6kg/m3C=4186.2J/(kg-K)pl，n=1125x10-6kg/(m7)X=0.589W/(m-K)Pr=802TOC\o"1-5"\h\zl，，。估計(jì)熱阻之比約為1：25,氟側(cè)溫差10℃,tw=20℃,tm=25℃,查物性，p=899.0kg/m3C=1809.5J/(kg-K)X=0.10105W/(m-K)l，p，u=0.1825x10-6m2/sr=277.77x103J/kgPr=2.93，，計(jì)算流程(略去管壁熱阻)：設(shè)一個(gè)流速T水側(cè)換熱量①lT外側(cè)熱流密度qnT外側(cè)hnT外側(cè)溫度AtwT內(nèi)側(cè)溫度At1Th1T對(duì)流換熱量①r，如果①l=①r，則此流速即為所求。內(nèi)側(cè)：Nu=0.023Re0.6Pr0.4，外側(cè)：h=內(nèi)側(cè)：Nu=0.023Re0.6Pr0.4，外側(cè)：h=0.725n3h4=0.725ngrp2九31-lndql/h=0.725grp2X3l-l—1-4，nndq/hln，grp2X31-l——nd(t-1)0.023C0.5X0.6(pu)0.8h=pn0.4d0.2，rca4grp2X3’3=0.7253xg'l=0.651x

ndqlgrp2X31-l

ndql兀d2［八①=——pwAt=0.785x0.0162x998.8x1.0x4186.2x2=1679.5WN=1.0，l4p①1679.5q=-==13372W/m2nndL3.14x0.02x2，，h=0.651xn9.8x277.77x103x8992x0.10113164.07x10-6x0.02x13372

3=0.651x3725=2425W/(m2?K)名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源At=14—5.51=8.49l℃0.023x4186.20.4x05890.6x(998.8x1.0)0.8(1125X10-0.6)0.4X0.0160.2=4087W/(m2?K)①=hAAtlll二4087x8.49x3.14x2x0.016=3486.5W從=1.5①*=2519.3Wq=20058W/m2h=2118W/(m2-K)，l，o，o，At=9.47.At=14—9.47=4.53.h=5653W/(m2?K)①=2573Wo℃，l℃，l，lN=1.52①*=2553Wq=20325W/m2h=2109W/(m2?K)，l，o，o，At=9.64opAt=14—9.64=4.36h=5713W/(m2?K)①=2503Wn℃，l℃，l，l口=1.51①*=2536Wq=20192W/m2h=2114W/(m2?K)，l，o，o，At=9.55個(gè)At=14—9.55=4.45yh=5683W/(m2?K)①=2540Wo℃，l℃，l，l—=2.15①；一①i，所以從=1.51，熱阻之比：4.45,R152a為水的2.15倍。7-41—根外徑為25mm、外壁平均壁溫為14℃的水平管道，穿過(guò)室溫為30℃、相對(duì)濕度為80％的房間。在管壁外表面上水蒸氣作膜狀凝結(jié)，試估算管子每米長(zhǎng)度上水蒸氣的凝結(jié)量，并分析：與實(shí)際情況相比，這一估算值是偏高還是偏低？解：相對(duì)濕度為80％，因而從凝結(jié)觀(guān)點(diǎn)有20％的不凝結(jié)氣體即空氣。先按純凈蒸氣凝結(jié)來(lái)計(jì)算。30℃的飽和水蒸氣壓力：p廠(chǎng)0.04245X105Pa此時(shí)水蒸氣分壓力p=0.8p廠(chǎng)0.03396X105Pa其對(duì)應(yīng)飽和溫度為26.3℃液膜平均溫度凝液物性參數(shù)t=1(t+1)=1x(26.3+14)=20.15m2sw2℃九=0.599W/(m.k)n=1004x10-6Pa.sl，lpl=998.2kg/m3汽化潛熱r=2453.3kJ/kg表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=0.729grp2九3

nd^t-1lsw0.7299.8x2453.3x103x998.22x0.59931004x10-6x0.025x(26.3-14)7826.03W/(m2-K)故每米長(zhǎng)管道上的換熱量①l=KdhAt=兀X0.025X8105.3x(26.3-14)=7826.03W/m相應(yīng)凝結(jié)量：①7826.03q=-l-=mr2453.3x103=3.19x10-3kg/s=11.5kg/h由于不凝氣體的存在，實(shí)際凝液量低于此值7-42、在一個(gè)氟里昂134a的大容器沸騰試驗(yàn)臺(tái)中，以直徑為12mm、機(jī)械拋光的不銹鋼管作為加熱表面，其內(nèi)為水蒸氣凝結(jié)放熱。在一次試驗(yàn)中，氟里昂134a的沸騰溫度為30℃，加熱表面溫度為35℃。試確定此時(shí)氟里昂134a的沸騰換熱狀態(tài)及沸騰換名蜃整理一戲秀資源名蜃整理一戲秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源問(wèn)所需的水蒸氣熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。若換熱段長(zhǎng)15cm,水蒸氣壓力為0.07375x105Pa，問(wèn)所需的水蒸氣量力多少？p量力多少？p=37.76kg/m3v解：設(shè)處于核態(tài)沸騰狀態(tài)，利用Rohsenow公式，0.33物性參數(shù)為：Cp=1447J/(kg.K)，r=173.29義103J/kg，p=1187.2kg/m3p=37.%kg/m3y=7.57義10-3N/mPr=3.648v=0.1691義10-6m2/sv，，，0.331447x(35-30)qI~~7.57x10-3=0.013?137.29x103x3.6481.70.1691x1187.2x173.29x10-399.8x(1187.2-37.8)Q.809x10-5)33=0.6943q=11915.1W/m2h=11915/5=2383W/(m2-K)，，。驗(yàn)算：q=24x173.29x103x37.76；xL.8x7.57x10-3x(1187.2-37.76)]=423418氏423kW/m2q<qcr。71.832407000①:3.14x0.012x0.15x11915=0.00603x11915=71.83W，水蒸氣r:2407kJ/kg71.832407000=0.0000298kg/s=0.0298g/s7-43、在一臺(tái)氟里昂152a的蒸發(fā)器中.氟里昂152a在水平管束外沸騰，飽和溫度為-30℃。為使蒸發(fā)器能安全有效地工作，規(guī)定其最大熱流密度不得超過(guò)臨界熱流密度的一半，試確定此時(shí)單位管長(zhǎng)上的最大制冷量。蒸發(fā)管外徑為22mm。匕=2.617kg/m3。解：R152a-30℃時(shí)物性為：p,=1023.3kg/m3,Cp=1.617x103J/(kg,K),p=2.617kg/m3r=335.01x103J/kgy=17.6x103N/mv，,,q二三x335.0x103x2,3172x9.8x17.6x10-3x(1023.3-2.617)]=258307.6?258kW/m224q=0.5q=129154W/m2①/I=129154x3.14x1x0.022=8922W/mcr，7-44、—種冷卻計(jì)算機(jī)芯片的方式如附圖所示：芯片置于一熱虹吸管的底部，通過(guò)制冷劑的沸騰吸收其散出的熱量，在熱虹吸管的上部通過(guò)凝結(jié)換熱而把熱量傳遞給冷卻水。已知工質(zhì)為R134a,芯片處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，其發(fā)熱率設(shè)計(jì)為工質(zhì)臨界熱流密度為90%,芯片尺寸為20mmx20mm,直徑d=30mm,冷凝段壁溫為tw=30℃。試計(jì)算芯片的表面溫度及冷凝段長(zhǎng)度l。沸騰溫度為50℃,其時(shí)pv=66.57kg/m3,y=5.2X10-3N／m。解：r=152.04x103J/kg,p=66.57kg/m3,Y=5.26x103N/m,q二三x152.04x103x66.572x9.8x5.26x10-3x(1102-66.57)1=438691.5W/m2cr244q=0.9q=0.9x438691.5=394822.4W/m2=394.8kW/m2采用式(6-19)計(jì)算，

M=102R=0.4日r,P,Pc=4067x103Pa,50℃時(shí)，Ps=1.3177MPaM=102R=0.4日r,P,...「ax106...「ax106二0.3244067x103h=90q0.67Mr-0.5x0.324mx(-1g0.324)-0.55h=90義3948220.67X102-0.5X0.3240.1995X0.48950.55=59203.98=59204W/(m2-K)AtAt=6.67℃t=56.7℃w℃。按40c計(jì)算凝結(jié)換熱：”153.04X103J/kg,P,=1146-2kg/m3，c=L522X103J/(kg-K)九=0.075W/(m-k)u=01554義10-6m2/sp,,?7,“-9.8x1146.2x153.04x103x0.07531Lqh=1.13二—282.5x10-6x0.3xAt」At157.93_q=①;394822x0.02x0.02=157.93W,43.14x0.03L,157.931146.2x9.8x153.04x103x0.0753匕/=1.13-L43.14x0.03x20[0.1554x10-6x20L3=—83.83—=0.106741.13x695.02,L=0.10673=0.0506m=5.06cm氏5.1cm7-45、一種同時(shí)冷卻多個(gè)芯片模塊的方法如附圖所示。已知冷凝管內(nèi)徑d=10mm,外徑d0=11mm,水平放置，進(jìn)水溫度為1℃出水溫度為45℃,芯片所產(chǎn)生的熱量均通過(guò)尺寸為100mmX100mm的沸騰換熱表面〔拋光的銅表面）散失掉，其散熱率為105w/m2。冷卻劑溫度ts=57℃,X1=0.0535W/（m?K）,cPi=1100J/（kg-K）,r=84400J/kg,Pl=1619kg/m3,Pv=13.5kg/m3,丫=8.2X10-3N/m,]=鈍X10-6kg/(?Cwi=0.013。s=1.7,Pri=9。管內(nèi)冷卻水的流動(dòng)與換熱已進(jìn)入充分發(fā)展階段。試確定：（1）所需的冷卻水量；（2）平均的冷凝管壁面溫度；（3）平均的沸騰表面溫度；（4）所需冷卻水管的長(zhǎng)度。冷凝管壁很薄.導(dǎo)熱熱阻可以不計(jì)。1100At=0.0131100At=0.013解：(1)根據(jù)式(6-17)：8"00X91.71058.2x10-384400x440x10-6\9.8(1619-13.5)0.333.111x103.111x10-4At=7.572x10-3，At=24.3℃，tw=57+24.3=8L3℃。35+45(2)①=qA=105x0.15x0.15=2.25x103W，水的定性溫度：tm=40℃o①2.25x103qc=4174J/kg①2.25x103qc=4174J/kg?K)mpAtc10x4174p=5.391x10-3kg/s=194.08kg/hq=0.725（3）冷凝壁面溫度，利用水管公式，At①二兀dLh(t-1)iiwf，grp2X3

1-i——

"d(t-1)2.25x103=3.14x0.01XLxhx_iInw，10①q=兀dL0，t-35—wt-45w利用D-B公式計(jì)算h入l：R0.8Pr0.4=0.023xde0635x105120.8x4.310.4=0.0168.06x0.635利用D-B公式計(jì)算h入l：R0.8Pr0.4=0.023xde0635x105120.8x4.310.4=0.0168.06x0.635二4322W0.01...2.25x103=3.14x0.01xLx4322x10lnt-35—wt-45wL==16.5810ln即t—35t—35—wt—45w另一方面：65141.92.25義1033.14義0.01L(t-1)sw=0.7259.8義84400*16192*0.05353440x10-6x0.01(t-1)

sw=0.725L(57-t)

w31.226.859x108(57-t)

w65141.9L(57-t)w2086.4(57-1)14w，(57-1)w10(57-1wt-35-wt-45w1.883x10lnt-35—wt-45wx(57-1.883x10lnt-35—wt-45wx(57-1)14=57-1ww經(jīng)試湊計(jì)算，得tw=45.510ln45.5-3545.5-45℃。-10—=3.2853.0445℃，16.58L==5.047m3.285驗(yàn)算:水側(cè)①=3.14x0.010x5.047x4322x3.285=2250Wh=0.725制冷劑側(cè)o4二1133W/(m2h=0.725制冷劑側(cè)o4二1133W/(m2-K)440x10-6x0.011(57-45.5)①r①o①=AAth=1133x3.14x0.011x5.047x(57-45.5)=2271①r①o2250=0.99062271沸騰表面平均溫度\=81.3℃；冷凝表面平均溫度twc=45.5℃；冷卻水量qm=5.391x10-2kg/s=194.08kg/h；冷凝段長(zhǎng)度L=5.05cm。7-46、一種測(cè)定沸騰換熟表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)附圖。實(shí)驗(yàn)表面系一銅質(zhì)圓柱的斷面(人=400W(m?K)),在x1=10mm及x2=25mm處安置了兩個(gè)熱電偶以測(cè)定該處的溫度。柱體四周絕熱良好。在一穩(wěn)態(tài)工況下測(cè)得了以下數(shù)據(jù)：t1=133.℃,t2=158.7℃，試確定：(1)名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源名蜃整理一_優(yōu)秀資源式（6—17）中的系數(shù)0.；（2）式（6—19）中要用到的換熱表面的Pp之值。.At/八八158.7—133.7q=X--=400義=6.66義105WTOC\o"1-5"\h\z解：（1）按一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱處理b0.015158.7—t133.7—tw=wxx10義(158.7—t)=25義(133.7—t)21，ww，—10*158.7+25*133.7=251—101151=3342.5—1587=1755.5w，6.66義105t=117.03℃w℃，At117.03—100=391356.66義105t=117.03℃w℃，At117.03—100=39135W/(m2-K)一個(gè)大氣壓下飽和水物性：P1=958-4kg/m3,「產(chǎn)0.5977kg/m3,丫=588.6X10-4N/m,r=2257.1x103J/kgX=0.683W/(m,K),c=4220J/(kg,K)n=282.5x10-6kg/(m-s)p=1.75p,,r。4220x(117—100)=C2257.1x103x1.75wiC=0.01354

wl6.66x105:588.6x10-42257.1x103x282.5x10-6\：9.8x(958.4—0.59977)(2)式(6-19)h=90q0.67M—0.5xPrmx(—lgPr)—0.55,P=221MPacr,0.331.013P=-=4.584x10-3r221,M=18q=6.66x105，Lh=39135W/(m2,K),39135=90x(6.66x105)0.67x10—0.5xPmxrlg(4.548x10—3,39135Pm==0.3691r106019.8,(4.584x10-3)m=0.3691,ln0.3691—0.4328m===0.185ln(4.584x10-3)—2.3388m=0.12—0.21lgRP,0.185=0.12—0.21lgR0.21gR=0.12—0.185=—0.06506p,p,lgR=—0.3253R=10-0.3253=0.473pmp,p。7-47、一塊厚b=2.5mmc=1100J7-47、一塊厚b=2.5mmc=1100J/(kgK)plPl=1619kg/m3y=8.2x10-3N/m的硅芯片用飽和溫度為50℃的制冷劑冷卻,芯片的X=135W/（m.k）,芯片底面上的電路產(chǎn)生的功率在硅片的上表面上形成了一個(gè)均勻的熱流密度q=55X104W/m2,硅片的側(cè)面及底面絕熱良好。已知制冷劑r=84400J/kgX=0.0535W/(mk)C=0.005l。wl,r,P=9.0s=1.7P=13.5kg/m3v=440x10-6kg/(ms)試計(jì)算芯片底面溫度t0。芯片底面上的電路可近似地看成厚0.05mm、具有均勻內(nèi)熱源的薄層。解：如圖所示：利用式(6-17)計(jì)算tw：1100At84400x9.01.7=0.0055.5x104:8.2x10-3利用式(6-17)計(jì)算tw：1100At84400x9.01.7=0.0055.5x104:8.2x10-384400x440x10-6'9.8(1619—13.5)2.9698x10-4At=0.005x1,486At=25.02℃t=50+25.02=75.02℃，，w，由通過(guò)芯片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱確定(：t-t135x_1___=5.5x1042.45x10-3.=t+0.9999=t+1=76.02℃，①X2t=——--+cX+c電路層中的導(dǎo)熱是有內(nèi)熱原的平板導(dǎo)熱，據(jù)二章五節(jié)，有：2入12X=0，dt—=0一c=0tdX1，1①b2①5.5x104i+c①=l==1.1x109W/m32kc2b0.05x10-3，10.33t=c02①b2=t+--112人=76.02+Q05x10-3)2x口x109=76.02+0.01=76.032x135℃。(3)對(duì)(a)積分兩次并引入邊界條件，(c)，也=0能量守恒：dy2(汽/液界面應(yīng)力)。7-48、隨著空間飛行技術(shù)的發(fā)展，零重力下的傳熱問(wèn)題研究越來(lái)越得到重視，其中零重力下的凝結(jié)與沸騰是一個(gè)重要的課題。對(duì)于管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流凝結(jié)，在零重力下可以認(rèn)為液膜均勻地分布在管子四周并不斷地沿流動(dòng)方向增厚，直到全部凝結(jié)(見(jiàn)附圖)。設(shè)在6－1節(jié)的分析中，假設(shè)(1)、(3)、(4)、(5)、(6)及(8)仍成立。同時(shí)設(shè)：(1)同一截面的汽、液壓力均勻，壓力只沿軸向變化；(2)在汽一液相界面存在蔚切應(yīng)力3.14x0.035x0.4x90V/。試：(1)列出液膜中的動(dòng)量守恒、質(zhì)量守恒及能量守恒方程；(2)寫(xiě)出y=0及y=b處速度及溫度的邊界條件；(3)求解動(dòng)量方程得出軸向流速3.14x0.035x0.4x90TOC\o"1-5"\h\zd2udpN=—(1)液膜動(dòng)量方程：'②2dXdudv_——+—=0質(zhì)量守恒：,X'yduN——=T1dyvl可得速度分布：-by]+Tyvl

一iL〃i「idp義工,]R=—i6^dy=-02+0平均流速：l0olRl[3dx2」。7-49、、已知：有儀銅-水熱管，外徑di=25mm，內(nèi)徑do=21mm；蒸發(fā)段長(zhǎng)0.4m,t200Ct1995C外壁溫度為te。；冷凝段長(zhǎng)0.4m,外壁溫度為tc9,絕熱段長(zhǎng)0.5m。設(shè)蒸八三5。士陽(yáng)主打莊玨牛拈八mi/h=5000W；'(m2?K)h=6000W(m2?K)什哈已發(fā)與凝結(jié)得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為e-、C-，蒸發(fā)段與冷凝段的管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為90W(m2-K)。試計(jì)算該熱管的內(nèi)部熱阻在傳熱過(guò)程總熱阻中的比例。解：如圖：=L區(qū)若求=迂塞亂[…__1.二__1L口...」.__工.JR2R3R4R5R2R3R4R51d1=ln-0-=2忒ld2x3.14x400x0.4ci