化工原理（上冊）-化工流體流動與傳熱（第三版）（柴誠敬）習(xí)題解答 傳熱過程基礎(chǔ)（第三版）

第5章傳熱過程基礎(chǔ)

i.用平板法測定固體的導(dǎo)熱系數(shù)，在平板一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷卻器冷卻，同時(shí)在板兩側(cè)用熱

電偶測量其表面溫度，若所測固體的表面積為0.02m2,厚度為0.02m,實(shí)驗(yàn)測得電流表讀數(shù)為0.5A,伏特表

讀數(shù)為100V,兩側(cè)表面溫度分別為200c和50C,試求該材料的熱導(dǎo)率。

解：傳熱達(dá)穩(wěn)態(tài)后電熱器的加熱速率應(yīng)與固體的散熱（導(dǎo)熱）速率相等，即

Q=kS^-^~

式中Q=/V=O.5xlOO=5OW

2

S=O.O2m,z,=2(I)℃,t2=50℃,Z>=0.02m

將上述數(shù)據(jù)代入，可得

Qb50x0.02

k=0.333W/(m℃)

S(4-2)0.02x(200-50)

答：2=0.333W/(m'C)

2.如圖所示為一固體物料，假設(shè)內(nèi)外衣面絕熱，導(dǎo)熱只沿夕方向進(jìn)行，試從柱坐標(biāo)系的能量方程出發(fā),

推導(dǎo)物料內(nèi)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)的溫度分布方程。

解：柱坐標(biāo)系中的能量方程為

-----1-llr----1---------1-u,—

dffdrrc0-戊

1I,d1dztd2t\q

rdrdrr~d0~dz.~JpCfl

式中，夕為時(shí)間，「為徑向坐標(biāo)，以方位角，z為軸向坐標(biāo)，習(xí)撅2附圖

“冰I出分別為流體速度在柱坐標(biāo)系S0,z）三個(gè)方向上的分量。

因?yàn)槭枪腆w物料，故%=0：又導(dǎo)熱達(dá)到穩(wěn)態(tài)，故念=0；

無內(nèi)熱源，故g=0；導(dǎo)熱只沿。方向進(jìn)行，則包=（）,蟲=（）,吆=0,篤=0,于是能量方程化為

drdzdr~dz~

粉。

邊界條件為

e=o,f=1°；0=71,t

求解上述方程得y

f=ro—（zotQ

71

0

答：f=M—（『4）

兀

3.一球形固體內(nèi)部進(jìn)行沿球心對稱的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，已知在徑向距離門和m處的溫度分別為力和小試從

球坐標(biāo)系的能量方程出發(fā)推導(dǎo)出此情況下的溫度分布方程。

解：球坐標(biāo)系中的能量方程為

du（）6?Qd

a—H-------F--------

drr30rsin0聞

1，/2方\1S..八方、Id2tq

廣分drrsin0cO洲廠sin一。乃~JpCp

式中，夕為時(shí)間，r為矢徑,歲為方位角，。為余緯度，與、叫和為分別為流體速度在球坐標(biāo)系k或⑨

三個(gè)方向上的分量。

因?yàn)槭枪腆w物料，故〃，、［%、〃夕=0：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，故$7=0：無內(nèi)熱源，故q=0；導(dǎo)熱沿球心對

GU

稱，則包=0,包=0,包=0,3工=0,于是能量方程化為

oO涉朋2時(shí)

d.9dr八

"Ex。

邊界條件為

廣=小/=/|

r=/2?/=f2

求解上述方程得

r二：一(，2一乙)?%「2一/0

(「2-。

答：”丑2?2一1)/2/2一力

ri-r\

4.某半壁燃燒爐由一層4comm厚的耐火磚和一層200mm厚的絕緣磚砌成，操作穩(wěn)定后，測得爐的內(nèi)表

面溫度為1500℃,外表面溫度為100℃,試求導(dǎo)熱的熱通量及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩破接觸良好，三知耐

火磚的熱導(dǎo)率為占=0.8+0.0006,絕緣磚的熱導(dǎo)率為％2=0.3+0.0003/，W/(m-℃)o兩式中的，可分

別取為各層材料的平均溫度。

解：此為兩層平壁的熱傳導(dǎo)問題，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，通過各層平壁截面的傳熱速率相等，即

fl=Q2=Q(5-32)

或Q=k1S七0=k、S七巴(5-32”)

4~A

式中%=().8+().0006/=0.8+0.0()06x-2+-=1.25+().0()()3/2

k2=0.3+0.0003f=0.3+0.0003x1笠〃=0.315+0.00015/,

代入仁、「得

(1.25+().000%)D=(0.315+0.00015t2)”()

解之得

t2=976℃

Z:,=1.25+0.0003Z2=1.25+0.0003x976=1.5428W/(m°C)

2

則Q/S=%=1.5428x網(wǎng)1加=2021w/m

答：Q/S=2021W/m?：t2=976℃

5.直徑為。57X3.5mm的鋼管用40mm厚的軟木包扎，其外又用lOOmm厚的保溫灰包扎，以作為絕

熱層?，F(xiàn)測得鋼管外壁面溫度為-120C,絕熱層外表面溫度為10-Co軟木和保溫灰的熱導(dǎo)率分別為

0.043W/(m-℃)和0.07W/(m-°C),試求每米管長的冷損失量。

解：此為兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問題，則

Q/L=2*；)

_L]n殳+,鵬

用4左2弓

2x3.14x(-120-10)

1?().0285+0.041,0.0285+0.04+0J

-------In-----------------+------In------------------------

0.0430.02850.070.0285+0.04

=-24.53W/m

答：Q/L=—24.53W/m

6.有一直徑為100mm的金屬圓柱形導(dǎo)體，導(dǎo)體內(nèi)有均勻熱源產(chǎn)生，其值為：=1.0x10?W/m，。已知

導(dǎo)體內(nèi)只進(jìn)行一維徑向?qū)?，之穩(wěn)態(tài)后，測得外表面溫度為100C,導(dǎo)體的平均熱導(dǎo)率為50W/(m-°C),

試導(dǎo)出此情況下的溫度分布方程并求算導(dǎo)體內(nèi)的最高溫度。

解：柱坐標(biāo)系中的能量方程為

dHddlJl)/d、I叫q

加加?r石，法[，?分分r2c02即「吟

式中，夕為時(shí)間，r為徑向坐標(biāo)，媯方位角，z為軸向坐標(biāo)，如、和比分別為流體速度在柱坐標(biāo)系(A0,2)

三個(gè)方向上的分量。

因?yàn)槭枪腆w物料，故“r、〃0、〃E；導(dǎo)熱達(dá)到穩(wěn)態(tài)，故a=0；導(dǎo)熱只沿，?方向進(jìn)行，則包=0,包=0,

。夕eedz

—=()?—=0?J=1.0x107W/m’，于是能量方程化為

0G2dz2

13/dJq八

a*---(r—)+—^―=0

一分dr\pCp

12（,?旦）=1

或

，?分2k

邊界條件為

（1）r=0，—=0：（2）r=0.05,f=100

dr

求解上述方程得

?

q2i

/=一玄廠+qlnr+G

由邊界條件（l）,可得q=0,由邊界條件（2）,可得62=225,于是此情況下的溫度分布方程為

r=-5xl04?-2+225

導(dǎo)體內(nèi)的最高溫度出現(xiàn)在導(dǎo)體的中心，即

^nxix=225Co

424

答：/=-5xl0r+225：/nux=225C

7.常壓和40℃的空氣以L2m/s的流速流過內(nèi)徑為25mm的圓管，管壁外側(cè)利用蒸汽冷凝加熱，使管內(nèi)

壁面溫度維持恒溫10CTC。圓管長度為2m,試應(yīng)用式（5-58）求算管內(nèi)壁與空氣之間的平均對流傳熱系數(shù)3

并求算出口溫度。

解：由于確定流體的物性需首先知道其出口主體溫度足，而此值為未知，故需采用試差法計(jì)算。

設(shè)空氣的出口主體溫度％2=84'C,則空氣的定性溫度為

0=%+自=40-83.5x62℃

J22

62℃時(shí)空氣的物性為p=1.063kg/m3,e>=1006J/（kg-*C）,#=2.02x105Pas,A=0.0291W/（m℃）,

PLO.694

100℃時(shí)，〃=2.19xl05Pas

3

則Re==25xl0-x1.2x1.063=1579<23OO(層流)

42.02x1O-5

(1)采用式5-58計(jì)算

對充分發(fā)展的流動且管壁溫度恒定時(shí)，由表5-1查得該式的具體形式為

a…0.0668（RePr4"）

Nu〃[=3.66+---------------7^-

l+0.04：RePrdj/L）T3

代入有關(guān)的數(shù)據(jù)得

Num=3.66+°379x°.694321婚

1+0.04(1579x0.694x0.025''2)23

平均對流傳熱系數(shù)為

Nuk4.405x0.0291

m=5.127W/(m℃)

4-0.025

通過微分段管氏dL的傳熱速率為

dQ=am7i-di-dL(tx-t)

設(shè)流體經(jīng)過微分段管長d/一后，溫度升高山，山熱量衡算可得

dQ=^druhpcpdt

上述二式的c/Q相等，經(jīng)整理后得

a〃HdL=g”pCpdf

積分上式得

產(chǎn)dt=4%fdL

Pi"34卜

4"4x5.127x2

嘰-自)=1皿-電)=ln(100-40)-=2.816

叫341.063x1.2x1006x0.025

則=16.7℃

故52=ts-16.7=100-16.7=83.3七

原假設(shè)出口主體溫度〃2=83.5C,與最后求得的結(jié)果接近，無需再進(jìn)行計(jì)算，取空氣的出口溫度為83.5C。

(2)采用式5-73計(jì)算

仍設(shè)空氣的出口溫度為83.5℃,則

d/bP25x10-3x].2x1.063

1579<2300(層沆)

〃-2.02xlO-5

而RePr區(qū)=1579x0.694x=13.69>1()

L2

在木題條件下，管徑較小，管壁和流體間的溫度差也較小，因此自然對流的影響可以忽略，故?？捎檬?/p>

5-73a計(jì)算，即

2,02xl

a=1.86幺(RePr4嚴(yán)(幺產(chǎn)4=L86x^^x(l3.69嚴(yán)x(OJ014=5.12W/(m2?°C)

4L“J0.0252.19X1()T

與由式5-63求得的結(jié)果完全一?致，故

斯=5.12W/(m2℃)

th2=840C

2

答：a,”=5.12W/(m-℃)；rA2=83.5-C

8.試用量綱分析法推導(dǎo)壁面和流體間自然對流傳熱系數(shù)。的量綱為1數(shù)群方程。已知a為卜列變量的函

數(shù)：a=f(k,Cp,p,",0gAt,l)

解：由題意可知影響自然對流傳熱系數(shù)a的因素有熱導(dǎo)率廉定壓比熱容卬、流體的密度「、黏度〃、浮

力△用=%4及傳熱設(shè)備的特性尺寸/等物理量，即

a=f(k,cp,p、/%△，,/)(1)

式(1)中的變量雖然有7個(gè)，但這些物理量涉及到的基本量綱卻只有四個(gè)，即長度L、質(zhì)量例、時(shí)間。和溫

度丁，所有7個(gè)物理量的量綱均可由上述四個(gè)基本量綱導(dǎo)出。

其次確定量綱為1數(shù)群疝勺數(shù)目。按伯金漢兀定理，量綱為1數(shù)群的數(shù)目，?等于變量數(shù),與基本量綱數(shù)小之差,

則/=/-〃]=7-4=3。若用匹、0表示這兩個(gè)量綱為1的數(shù)群，則式（1）可表示為

可二必42,43）（2）

最后按下述步驟確定量綱為1數(shù)群的形式

（I）列出全部物理量的量綱

物理域名稱對流傳熱系數(shù)熱導(dǎo)率定壓比熱容密度黏度浮力特性尺寸

符號OCkCpp死網(wǎng)1

M0-3T-lMTMML~20~2

量綱ML/TLM匚'夕'L

（2）選取與基本量綱數(shù)目相同的物理量＜4個(gè)），作為i個(gè)（3個(gè)）無量綱數(shù)群的核心物理量。按照選

取核心物理量的原則，可選取/、A〃和Q作為核心物理量。

（3）將余下的物理量/?、0,和外外，分別與核心物理量組成無量綱數(shù)群，即

天（3）

(4)

43=〃"幺"'。"網(wǎng)加r（5）

將上述等式兩端各物理量的量綱代入，合并相同的量綱，然后按等式兩邊量綱相等的原則即可求得有關(guān)核心

物理量的指數(shù)并最終得到相應(yīng)的量綱為1數(shù)群，例如對m而言，可得

.。山。7。（備）〃（*）cg）4（葛）

因上式中兩邊因次相等，則可得下述關(guān)系

對質(zhì)量Mb+c+d+\=0

對長度La+b-c-3d=0

對時(shí)間。-3h-c-3=O

對溫度7-b-l=（）

聯(lián)立上述方程組，解得〃=1,8=一1,。=0,1=0。于是

?y/

=lk~xa=—=Nu（6）

用同樣的方法可得

…氣j（7）

?k

兀3=生駕"g⑻

A

則自然對流傳熱時(shí)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為

Nu=（!）（Gr,Pr）（9）

9.水以l.5m/s的流速在長為3m、直徑為。25mmx2.5mm的管內(nèi)由20C加熱至40℃,試求水與管

壁之間的對流傳熱系數(shù)。

解：水的定性溫度為

+22_20+4°_30℃

22

山附錄六查得30°C時(shí)水的物性為

p=995.7kg/m3,//=80.07x!0-5Pas,^=0.6176W/(m-℃),Pr=5.42

則Re=曳絲="出生繆2=3.73x1O,(湍流)

〃80.07xlO-5

L3

—=—=150>60

40.02

Re、Pr及胃值均在式5-71a的應(yīng)用范圍內(nèi)，故可采用式5-7la近似計(jì)算人

水被加熱，取〃=0.4,于是得

a=0.023—Re0-8Pr04=0.023x06176x(3.73xIO4)08x(5.42產(chǎn)=6344W/(m2-℃)

d,0.02

答：?=6344W/(m2-℃)

IO.流量為100kg小的水在直徑為。19mmx2mm的管內(nèi)從35c加熱到65'c,管壁溫度為95C,試問

需要多長的管子才能完成這樣的加熱？

解：水的定性溫度為

/^2.=3^=50℃

J22

由附錄六查得50。(3時(shí)水的物性為

35

p=998.lkg/m,cP=4l74J/(kg-℃),/z=54.94xlO_Pa-s,AFO.6478W/(m-℃),P，=3.54

卬100…八，

u/j=--------=-------------——---------=().159m/s

p-d；3600x988.1x—x0.0152

44

則Rc=4也=I“=4293.9(過渡流)

454.94xlO-5

此時(shí)可先用湍流時(shí)的公式計(jì)算，然后將算得的結(jié)果乘以校正系數(shù)，即

a=0.023—RcosPr04=0.023x06478x(4293.9)08x(3.54)04=1327.3W/(m2.℃)

d.0.015

^=l-6xl05Re-L8=l-6xl05x(4293.9)78=0.8266

優(yōu)=ax0=1327.3x0.8266=1097W/(m2-°Q

通過微分段管長dL的傳熱速率為

dQ=優(yōu)乃?4?dL?&-/)

設(shè)流體經(jīng)過微分段管長dL后，溫度升高d3由熱量衡算可得

dQ=^d；ubpcpdt

上述二式的d。相等，經(jīng)整理后得

a'its-t}dL=或uhpcpdt

積分上式得

產(chǎn)dt_4a'

%。一，叫Cp&

(…川)PM￡同

人絲必XI二.幽必竺業(yè)生竺，n皿a=L56〃z

則n

4%〃&一。J4x1097(95-35)

答：L=1.56^n

11.溫度為90c的甲苯以I5()okg/h的流量流過直徑為。57mmx3.5mm、彎曲半徑為0.6m的蛇管換

熱器而被冷卻至30C,試求甲苯對蛇管的對流傳熱系數(shù)。

解：甲米的定性溫度為

%1+%2=90+30=60℃

22

由附錄查得60。(3時(shí)甲茉的物性為

p=830kg/m3,Q=1840J/(kg.℃),//=0.4xl0^Pas,^=0.1205W/(m-℃),

p=_1840x0.4x10-3

r=6.11

~k~~0.1205

w1500

則14b=-----------=--------------------TTd-------=0-250〃/s

p-d}3600x830x—x0.052

4，4

0.05x0.256x830

Re=26539.3(湍流)

()4x1(廠3

流體在彎管內(nèi)流動時(shí)，由于受離心力的作用，增大了流體的湍動程度，使對流傳熱系數(shù)較直管內(nèi)的大,

此時(shí)可用下式計(jì)算對流傳熱系數(shù)，即

優(yōu)=a(l+1.77%

R

式中一彎管中的對流傳熱系數(shù)，W/(nr?℃)：

a—直管中的對流傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)：

dt—管內(nèi)徑，m；

/?一管子的彎曲半徑，m.

08040804

a=0.023—RePr=0.023xx(26539.3)x(6.11)=395.5W/(nr?℃)

d：0.05

77、)=395.5x(1+1.77x^)=453.9W/(m2-℃)

a'=a(\+\.

答：ez=453.9W/(m2-℃)

12.壓力為10l.3kPa,溫度為20°C的空氣以6O1/小的流量流過宜徑為。57mmx3.5mm，長度為3m的

套管換熱器管內(nèi)而被加熱至8O-C,試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。

解：空氣的定性溫度為

至0=空鱉=5。七

722

山附錄五查得50。(？時(shí)空氣的物性為

-5

p=l.093kg/m\cP=l0O5J/(kg-℃),/z=1.96xlOPas,^=0.0283W/(m-℃),PD.698

貝Uf)=———=--------------------------=8.50/〃/s

-d}3600x—x0.052

44

氏:如=0.05x80.093=23679.5(湍流)

〃1.96x10-5

08042

a=0.023—RePr=0.023xx(23679.5)°限(0.698嚴(yán)=35.6W/(m?℃)

40.05

答：a=35.6W/(m2℃)

13.壓力為ioi.3kPa,溫度為22'C的空氣垂直流過由直徑為。25mmx2.5mm的管子，正三角形排列

組成的管束，已知沿流動方向共有5排，每排有管子20列，空氣通過管間最狹窄處的流速為21m/s,假設(shè)空

氣離開管束時(shí)的溫度為78C,試計(jì)算管壁對空氣的平均對流傳熱系數(shù)。

解：空氣的定性溫度為

41+0^=20+80=50>c

J22

由附錄五查得5()。(2時(shí)空氣的物性為

35

p=1.093kg/m,cp=i0O5J/(kg-℃),/z=1.96xl0~Pas,40.0283W/(HP℃),Pr=0.698

則

Re=必處=。必―y=292768>3000

〃1.96x10-5

空氣流過5排正三角形排列管束時(shí)的平均對流傳熱系數(shù)可由式5-77求得，即

a=0.33—Re06Pr033=().33x00283x(29276.8)06x(0.698)033=158.8W/(nr?℃)

d()0.025

空氣流過5排管束時(shí)，由表5-5查得系數(shù)為0.92,則

"=0.9%=0.92x158.8=146W/(m2.℃)

答：?f=146W/(m2-℃)

14.常壓空氣在殼程裝有圓缺形擋板的列管換熱器殼程流過。己知管子尺寸為。38mmx3mm,正方

形排列,中心距為51mm,擋板距離為1.45m,換熱器外殼內(nèi)徑為28m,空氣流量為4xio,n?/h,其平均溫

度為140C,試求空氣的對流傳熱系數(shù)。

解：由附錄五查得i4(rc時(shí)空氣的物性為

/)=0.X54kg/m3,必//=2.37xl()-5Pa.s.M.(BW/(m-℃).P,=).6X4

采用凱恩(Kern)法，即

0553

Nu=0.36RePr^<pw(5-85)

CMkd'up)0.55"1/3(〃嚴(yán)4

或a=0.36——(—ie-￡-(5-85〃)

d：〃4，

傳熱當(dāng)量直徑〃可根據(jù)管子排列情況進(jìn)行計(jì)算。

管子為正方形排列，則

4(5一1力)

<=J—

叫

式中/一相鄰兩管的中心距，m：

4一管外徑，m。

代入t和得

4(---t/；)4(0.05l2--x0.0382)

d\=-------——=-----------------------=0.049小

叫乃x0.038

式5-80及式5-80a中的流速〃可根據(jù)流體流過管間最大截面積AL算，即

A=zD(\―-

式中z一兩擋板間的距離，m；

D—換熱器的外殼內(nèi)徑，m

代入z、￡>、r和&得

人=zD(l-組)=145x2.8x(1-^2^)=1.03〃/

t0.051

V4xlO4，

ii=—=----------=10.74〃？/s

A3600x1.03

上述式中的對氣體可取為10.

J5V3，4

a=0.364(—)°Pr(—)°

4

0.03490.049x10.74x0.854

=0.36x------x(-產(chǎn)x(0.684)”

0.0492.37x10

=50.8W/(m2?℃)

答：?=50.8W/(m2-℃)

15.常壓下溫度為30℃的空氣以lOnVs的平均速度在列管換熱器的管間沿軸向流動，離開換熱器時(shí)空氣

溫度為170℃,換熱器外殼內(nèi)徑為190mm,管束由37根例9mmx2mm的鋼管組成，試求空氣對管壁的

對流傳熱系數(shù)。

解：空氣的定性溫度為

^1+^2.=30+170=I()(rc

22

由附錄五查得100(時(shí)空氣的物性為

p=0.946kg/m3,Q=10O9J/(kg-r),/z=2.19xlO_5Pa-s,^=0.0321W/(m-℃),PL0.688

因換熱器的管間無擋板，則管外流體將沿管束平行流動，此時(shí)可采用管內(nèi)強(qiáng)制對流的公式計(jì)兌，但需將

式中的管內(nèi)徑改為管間的當(dāng)量直徑。

釁Z)2一吟,*)

de=—^--------—

TTD+nndo

4(-x0.192-37x-x0.0192)

=—-----------------------=0.0255/n

/rxO.19+37xTrxO.O19

Re=^￡=0.0255xlQx0.946=10779(湍流)

〃2.19x10-5

a=0.023—Re08Pr04=0.023x00321x(10779)08x(0.688)04=42W/(m2?℃)

de0.0255

答：a=42W/(m7-℃)

16.長度為2m、直徑為019mmx2mm的水平圓管，表面被加熱到25OC,管子暴露在溫度為20℃、

壓力為101.3kPa的大氣中，試計(jì)算管子的自然對流傳熱速率。

解：空氣的定性溫度為

^^=250+20=]35c

22

由附錄五杳褥135K時(shí)空氣的物性為

35

/?=0.865kg/m,cP=lD12J/(kg-C),//=2.35xlO_Pa-s,IL0345,PLO.684

P=—=---------=0.00245

135+273.2

Tf

&=G「Pr=M，'-Pr=3

9.81x0.00245x(250-20)x(0.019)-x0.684=3.514xl04

v2(2.35X10-5/1865)2

查表5-6得

〃=().53,n=-

4

n4I/4

則Nu=hxRa=0.53K(3.514X10)=7.526

k00345.

6r=M/~=7.526x—=13.18W/(m2?℃)

do0.019

Q=aS(fw-t,J=andJUw一乙)=I3.18X3.14X().019x2x230=361.7W

答:Q=361.7W

17.將長和寬均為0.4m的垂直平板置于常壓的飽和水蒸汽中，板面溫度為98'C,試計(jì)算平板與蒸汽之

間的傳熱速率及蒸汽冷凝速率。

解：水的定性溫度為

二98+100=99(

22

由附錄六查得99。（：時(shí)水的物性為

/>=958.5kg/in\c>=4220J/(kg-℃),/*-28.41?105Pas,4-0.683W/(m2-℃),P/-1.762

山附錄八查得100%：時(shí)飽和蒸汽的物性為

3

2=2258kJ/kg,pv=0.597kg/m

對于此類問題，由于流型未知，故需迭代求解。首先假定冷凝液膜為層流，由式5-116得

1/4

劭=1.13

"LQ一。）

1/4

958.5x(958.5-0.597)x9.81x2258x103x(0.683)3

2

=LI3x=14679.3W/(m?℃)

28.41x10-3x0.4x(100-98)

核算冷凝液流型，由對流傳熱速率方程計(jì)算傳熱速率，即

Q=aS(tx(ll-tw)=14679.3x0.4x0.4x2x(100-90)=4697w

冷凝液的質(zhì)量流率為

卬=2=4697=2.08x1O_3kg/s

A2258x10，

單位長度潤濕周邊上的凝液質(zhì)量流率為

2.08x10~3

=2.6xl0-3kg/(ms)

r=~P~0.4x2

R=4r=4x2.6x.O-3=347<i8oo

則

〃0.3xlO-3

故假定冷凝液膜為層流是正確的。

答：Q=4.683xIo4W;W=2.07XI?！﹌g/s

18.將外徑為19mm的100根管子組成?正方形排列的管束，7、平置于常壓的飽和水蒸汽中，管壁溫度為

98C,試計(jì)算每米管束的蒸汽冷凝速率。

解：水的定性溫度為

%+4-98+100=99c

22

山附錄六查得99℃時(shí)水的物性為

p=958.5kg/m3,Q=4220J/(kg-℃),//=28.4lx|0-5Pas,"0.683W/(m?℃),1.762

由附錄八杏得100。（？時(shí)飽和蒸汽的物性為

Z=2258kJ/kg,pv-0.597kg/m'

由式5-128得

a0.725-

_-4)_

1/4

958.5x(958.5-0.597)x9.81x2258x10,乂(0.683)3

0.725x11344.7W/(nr-℃)

28.41x10^x10x0.019x(100-98)

Q=即S(LT“.)=amn7xl()(tsal-/M.)=11344.7x100x3.14x0.019x2=135365w

冷凝液的質(zhì)量流率為

135364.8

=0.06kg/s

K，=I2258x10,

答：vv=0.06kg/s

19.沸騰對流傳熱系數(shù)耍比無相變時(shí)的對流傳熱系數(shù)高得多。，:I）試求算4=16℃、絕對壓力為〃=0.7MPa

時(shí)，水在機(jī)械磨制的不銹鋼表面上飽和沸騰時(shí)的對流傳熱系數(shù)值：（2）若采用強(qiáng)制對流傳熱，使水從

057mmx3mm的光滑管中流過，試問欲達(dá)到與（I）相同的對流傳熱系數(shù)值所需水速應(yīng)為多少？假設(shè)水

的物性可按50℃查取，氣-液界面的表面張力b=0.0461N/m.

解：（1）液體的過熱度（在加熱壁面上）為&=16“C,由圖5-17可知，沸騰在泡核沸騰區(qū)。

對于水-機(jī)械磨制的不銹鋼表面，山表5-7查得Cy=0.0132,由附錄查得0.7MPa下飽和水及水蒸汽的

有關(guān)物件為

3

c>i.=4.362kJ/（kg-℃）,=902.7kg/m,>1=2071.5kJkg,pv=3.666kg/m\k0.046N/m,PE.08,

/ZL=16.82xlO-5Pas,M=1.0

將以上數(shù)值代入式5-132,即

CpQ二cFQ/SI°r

%Pr〃一pJ

4.362x10^x16=()0132---------------QLS——I0.046

2071.5xlO3xl.O8L16-82X,0X20715X1019.81x(902.7-3.666)

解之得Q/S=2.0138x106w/m2

6z=-^=20138X106=1.259xIO5W/(m2?℃)

Ar16

(2)由附錄六查得50c水的物性為

p=988.1kg/m\〃=54.94xlO5Pas,A=0.6478W/(nf?℃),Pr=3.54

?=0.023—Re08Pl-01=0.023x0乂(°?051、928.1。6*(3k產(chǎn)=]9xIO5

40.05154.94x10-5

解之得uh=64nVs

2

答：⑴?=125.9kW/(m?℃)(2)uh=64m/s

20.兩平行的大平板，在空氣中相距10mm,一平板的黑度為0/，溫度為400K；另一平板的黑度為0.05、

溫度為300K。若將第一板加涂層，使其黑度為0.025,試計(jì)算由此引起的傳熱通量改變的百分率。假設(shè)兩板

間