傳熱學(xué)第四版課后題答案第七章

1、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)時熱量傳遞過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，最主要的簡化假定是哪兩條？答：第3條，忽略液膜慣性力，使動量方程得以簡化；第5條，膜內(nèi)溫度是線性的，即膜內(nèi)只有導(dǎo)熱而無對流，簡化了能量方程。3 .有人說，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，這一說法一定成立？答；這一說法不一定成立，要看管的長徑比。4 .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

2、 = ts=10 c的水平管外凝結(jié)，如果要使液膜中出現(xiàn)湍流，試近似地估計一下水平管的直徑要多大？答：因為換熱管徑通常較小，水平管外凝結(jié)換熱一般在層流范圍。對于水平橫圓管:re4二dh ts -twr14h =0.7293s -tw 臨界雷諾數(shù)rec= 16009.161d34(ts tw )4(gp2? )1454 r 34由 ts=100 c,查表：r=2257kj/kg由 tp =95 c 查表:p=961.85kg/m3 兒=0.6815w/(m , k )= 298.7 10*kg/m*s53rd =976.31- = 2.07mts -tw g23 3即水平管管徑達(dá)到 2.07m時，

3、流動狀態(tài)才過渡到湍流。5,試說明大容器沸騰的 q &曲線中各部分的換熱機(jī)理。6 .對于熱流密度可控及壁面溫度可控的兩種換熱情形，分別說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，并針對上述兩種情形分別舉出一個工程應(yīng)用實例。答：對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 .試對比水平管外膜狀凝結(jié)及水平管外膜態(tài)沸騰換熱過程的異同。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，前者熱量必須穿過熱阻較大的汽膜，后者熱量必須穿過熱阻較大的液膜，前者熱量

4、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)過的對流換熱中.表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計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有任何關(guān)系？答：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計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關(guān)，溫差的影響隱含在公式適用范圍和物件計算中。10 .在圖7-14所示的沸騰曲線中，為什么穩(wěn)定膜態(tài)沸騰部分的曲線會隨t

5、的增加而迅速上升？答：因為隨著壁面過熱度的增加，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（63）表示成特征數(shù)間的函數(shù)ci3rgu =匯ja =形式，引入伽里略數(shù)v 及雅各布數(shù)cphs-tw）。h =0.725解：d(ts tw)ja = t t x 2257.1 解：cp 1ts -tw) ,=_32257.1 10 on jja = 53.5 ja4220 10ja = 一步一般化可寫為cp&t ,結(jié)、沸騰、熔化、凝固等都可以用彳:一 gl3 r”cpt4jnu =0.725 號.p=0.725lga.ja.pr 】4 v cp(ts

6、-tw)九7-2、對于壓力為0.1013mpa的水蒸氣，試估算在& =tw ts=10c的情況下雅各布數(shù)之 值，并說明此特征數(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。03 jkg cp=4220%kgc）_ rcpos-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7-3、 ts = 40 c的水蒸氣及ts =40c的r134a蒸氣.在等溫豎壁上膜狀凝結(jié)，試計算離開x=0處為0.1m、0.5m處液膜厚度。設(shè) at =tw -ts=5 co解:4ul l tx 4(x)= si,近視地用ts計算物性，則:對水: _6l =0.635 ui = 6

7、53.3 10pl =992.2, r=2407 m103jkg；對 r134a : % =0.0750,ul =4.286 10 上 1146.2 = 4912.6 10 上：l= 1146.2-3r =163.23 10kg ；對水:、. (x)4 653.3 10 9 0.635 5il 9.8 992.22 2407 10314=(3.573父1076)1。14 =1.37510x14x=0.1、(x) =1.357 10- 0.562 =7.728 10，=7.728 10-mmx=0.5、6(x) =1.357 父 10“ m0.514 = 1.375父 10* m 0.841m

8、= 1.156 d0mm6 (x)對 r134a :ui 斯 atx 1-4x4912.6x10-6 x 0.0750 父 5 t14il gw2r9.8 1146.22 163.23 103x14x=0.1、x=0.5、=(3.506m 106)14x14 = 2.433m 10“ x14 ,a(x) = 2.433父 10m0.11441= 1.368 10 - m =1.368 10 mm .6(x) =2.433父10“m0.54 = 2.433 父 10 x 0.841m = 2.046 父 10mm o7-4、當(dāng)把一杯水倒在一塊赤熱的鐵板上時.板面立即會產(chǎn)生許多跳動著的小水滴，而且

9、可以維持相當(dāng)一段時間而不被汽化掉。試從傳熱學(xué)的觀點來解釋這一現(xiàn)象常稱為萊登佛羅斯特(leidenfrost)現(xiàn)象,并從沸騰換熱曲線上找出開始形成這一狀態(tài)的點。解：此時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,形成跳動，在沸騰曲線上相應(yīng)于qmin (見圖6-11)的點即為開始形成現(xiàn)象的點。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-5 fp =2.5父10 pa ,管子表面溫度為 123 c。試?yán)门麪柗治鼋庥嬎汶x開管頂為 0.2m、0.4m、0.6m及1.0 m處的液膜厚度和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。5解：水蒸氣p =2.5

10、 10 pa對應(yīng)的飽和參數(shù)：ts -127.2 c r = 2181.8kj / kg 定性溫度：tm 7ts +tw y2 =(127.2 +123)/2 =125 c查表得 =68.6 10，w/mk = 227.6 10”kg/(ms)3：-=939 kg / m0.1m、_產(chǎn)心_twk, 由 一 一 g：2r；4 m 227.6 m10/乂68.6乂10,(127.2 -123 )xv4 .2_ _il 9.8 9392181.8 10=(1.3913 m10 為 x 14 =(0.00013913x)14 父10%hx；grp2 九3 年 (ts-tw) 一9.8 2181.8 10

11、3 9392 68.63 1。4 227.6 10 上 127.2 -123 x1.5917 1015=一 x解得x0.10.20.40.61.08 (mm)0.0610.0730.0860.0960.109hx1123294457942717763167-6、飽和溫度為50c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11c,每根管于長1.5m ,共50根管子。試計算該冷凝器管束的熱負(fù)荷。宿tm解：50 (50 -11)= 44, pl =99。3%3加=0.64%k)ul =606.5 10*2382.7 103 j.r=/kg ,設(shè)流動為層流,g：1.13 g-u

12、l l ( tf - tw)ji9.8 2383 106 990.32 0.6413606.5 106 1.5 11= 4954.8w2(m .k)c 4hl：tre ： rul整個冷凝器的4 4954.8 1.5 11：2.383x106 x606.5x10 )226.3 1600,故為層流。熱負(fù)荷 q=50 x 4954.8 x 3.1416 x 0.0254 x 1.5 x 11=326.2kw。7-7、立式氨冷凝器由外徑為 要求每根管子的氨凝結(jié)量為50mm的鋼管制成。鋼管外表面溫度為 25c,冷凝溫度為30c。0.009kg/s，試確定每根管子的長度。25 30=27.5解：3=2c,

13、ul =2.11 10“kg/(m.s)：l = 600.2kg/m3l =0.5105w/(m. c)3r= 1145.8 10 j/kgg.rl =由ha& =g.r ,得：ndh&。設(shè)流動為層流，則有:一 gp：r，；1.131glh =-ul l（ tf - tw）一3 r,l9.8 1145.8 103 600.22 0.6510532.11 10“ 5l53 =5370.3l140.009 1145.8 103l14代入l的計算式，得：13129.9 v4 所以 l= 5370.3 ）l= 3.1416 0.05 5 5370.3=3.293m_i,h= 5370.3父 3.293

14、 =3986.6w/(m 2.k),4 3986.6 3.293 5re= 1145.8 1 03 2.11 10 4= 108616007-8、水蒸汽在水平管外凝結(jié)。設(shè)管徑為壓力為 5m103pa、5m104pa、10 5,故為層流。25.4mm ,壁溫低于飽和溫度5c,試計算在冷凝pc/ (105pa)0.050.51.010.0tc/(c)32.481.599.8179.8tm/ (c)34.984102.3182.3pt/ (c)993.98969.2956.7884.4xt/ w/ (m.k)0.6260.67640.68350.6730ulx 106/ kg/( m.s)728.8

15、379.02277.1151.0解：按式（6-4）計算，各壓力下的物性及換熱系數(shù)之值如下表示:pa及106pa下的凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。2.143 10，1.13先按層流計算，則：h =_ _2_ _ 39.8 1143850 595.40.45832.143 10， 3.0 4.4= 4322w/(m2.k)r/ (kj/kg )2425230522602015h/ w/ (m2.k)114501393315105161383.5m ,冷凝溫度比 物性參數(shù)可按30 c計7-9、飽和溫度為30c的氨蒸汽在立式冷凝器中凝結(jié)。冷凝器中管束高 壁溫高4.4 c。試問在冷凝器的設(shè)計計算中可否采用層流液

16、膜的公式。管殲。解：按照附錄13, 30c的氨液的 物性參數(shù)為：q = 585.4kg/m3l =0.4583w/(m.c ) 一4 4322 3 4.4re =6= 1587 16001143850 x 0.2143x10-6 x 595.4。確實屬于層流范圍。7-10、一工廠中采用0.1mpa的飽和水蒸汽在一金屬豎直薄壁上凝結(jié)，對置于壁面另一側(cè)的70 c,壁高 1.2m.寬 30cm。30 c,熱確定這一物體的平均物體進(jìn)行加熱處理。已知豎壁與蒸汽接觸的表面的平均壁溫為 在此條件下，一被加熱物體的平均溫度可以在半小時內(nèi)升高 效容量。不考慮散熱損失。解：近似地取ts=100 c, :l = 9

17、68.6 kg/m3r =2257.1 103 j /kgtmk_lw _852 c。= 0.677w /(m.k)ul =335 104g/(ms)設(shè)為層流h=gr21.131-_ul l ( tf - tw)1.9.8 2.257 106 568.552 0.3773335 10 / 1.2 30= 45431.7w/(m2.k)c 4hl tre 二rul; 4 日汽712 30l 1034.5 16002.257父10父335父10，與假設(shè)一致。q = ah(ts-tw) =5431.7 1.2 30 =58.66kw平均熱容量358.66 1018006 , / ix= 3.52 1

18、0 j / k307-11、一塊與豎直方向成30蒸汽在此板上凝結(jié)，平均壁溫為5角的正萬形平壁，邊長為40cm、1.013父10 pa的飽和水96 co試計算每小時的凝結(jié)水量。如果該平板與水平方向成30。角，問凝結(jié)量將是現(xiàn)在的百分之幾?：l = 958.5kg/m3l = 0.6829w/(m.k)100 96 ”=983.，r= 2257x10 j/kg，設(shè)為膜狀凝結(jié),解：tm=2c,ul =283.2 10 *kg/(m.s)113隹吧心ly4 h= . lull(tf-tw).1 13-9.8msin60ax2.257 x106 x 958.52 黑 0.6833 14i 283.1 x1

19、0 晨0.4 x(100 96)= 11919w/(m2.k)ore4hl. ：t _4 11919 0.4 4rul - 2.257 106 283.1 10 -6= 119.4 16002q = ah (ts _tw) =11919m0.4 x4 = 7628.2wg = =6 = 3.38 10，kg/s = 12.2kg/hr2.257 黑106。如果其它條件不變，但改為與水平方向成30角，則h為原來的1 / *3 4一/ 2 2i j =0.872=87.2 %,因而凝結(jié)量亦將是現(xiàn)在的87.2%。7-12、壓力為1.013x10 5pa的飽和水蒸汽，用水平放置的壁溫為90 c的銅管來

20、凝結(jié)。有下列兩種選擇：用一根直徑為10cm的銅管或用10根直彳仝為1cm的銅管。試問：(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hh= 0.729一 grpl2/ 4nl d (ts - tw )兩種方案的換熱表面積相同，溫差相等，由牛頓冷卻公式_ 土 hh a. t=hh a& ,故凝液量qmr r因此，兩種方案的凝液量之比11qm1 _ hh1 =/曳、4 =工:qm2hh2 d1 j10 )故小管徑系統(tǒng)

21、的凝液量是大管徑系統(tǒng)的=0.5621.778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 ,為4.5xl0 3pa。試計算第一排管子每米長的凝結(jié)液量。第一排管子的壁溫tw = 15 c ,冷凝壓力解：相應(yīng)于4.5 x 103pa的飽和溫度為30.94 c ,tm30.94 15一22.97 : 232c。r = 997.5 kg/m3l =0.605w/(m.k)ul =943.3 10，/(ms)c,h=9.8 2438.5 103 997.52 0.605 0.725 -943.3 109 0.02 15

22、.943 14= 8340w/(m2.k)每米長管子上的凝結(jié)水量:= 3.425 10，g /s =12.33kg/ho3.1416 0.02 8340 15.9432438.5 107-14、飽和溫度為30c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 qt之值。物性按飽和溫度查取。解:pi = 995.7 kg/m3i =0.618w/(m.k)ul =801.5 106kg/(ms)3r =2430.9父10 j/kg ,于是有:9.8 2430.9 103 995.72 0.6183h =1.13 |801.5 10 l.：t= 10319.4(lat)必4hl.：t7793

23、46.563 ,1600 h .lat之值應(yīng)滿足：801.5父10父2430.9父103 ，即lit779346.5 10319.4兩式聯(lián)立得l以(l4)；4(l&)14 =75.52, ln = 319.2m. c。7-15、設(shè)習(xí)題7-14中飽和水蒸汽的飽和壓力為1.013x10 5pa。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510c范圍內(nèi)，由本題及習(xí)題614的計算你可以得出什么看法？3解：100 c 下飽和水的物性為：pl = 958.4kg/m , % = 0.683w/(m.k)6ul =282.5 10-kg /(ms) r =2257.1 103 j /kgh

24、 =1.13 -= 13903(l*)449.8 2257.1 103 958.42 0.68332.825 10 l：t將此式與下式聯(lián)立,由此得：(lat)44hl；：t282.5 10 上 2257.1 103= 18.345, ln = 48.3m. c。255052至1600,得 lat13903“/4一般工業(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)， 保守的公式：hn = h1 /vn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可米用下列偏于根管子的壁溫相同。今有一臺由直徑力 20mm的管束所組成的臥式冷凝器，管

25、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 c,凝結(jié)壓力為4.5x10 3pa,試估算純凈水蒸汽凝結(jié)時管 束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。30.94 15tm = =22.97 ： 23解:i2_ _3=997.5 kg/mcol =0.605w/(m.k)ul -943.3 10，/(ms)一 一一一 3r =2438.5 103 j / kgt =30.94 15 = 15.94 c,h =0.725；9.8 2438.5 103 997.52 0.6053943.3 10 9 0.02 15.94= 8340w/(m2.k)% =1/n14 =1/2014 =0.4729, h

26、n = 8340 黑 0.4729 = 3944w/(m2 k)。7-17為了強(qiáng)化豎管外的蒸汽凝結(jié)換熱，有時可采用如附圖所示的凝結(jié)液泄出罩。設(shè)在高的豎管外，等間距地布置 n個泄出罩，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，需加多少個罩？解：設(shè)加罩前平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為兒，加罩后為hn ,則有:ho(1/ l)”,hn (1/l/(n +1)臚,hn1/l/(n+1)取141= (n 1)則 h0(1/l)/4,h

27、n9二21與欲使 ho,應(yīng)有(n+1) 4 =2,n+1 =16,n=161 = 15,則有:11”“一gh2小中一 gh2小3平0.725-1.13-l皿二 n v14l %d& 一 =1100d/nr一 即：0.725 = 1.13()n =100()4 =16.9 -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tw(vts = ,并保持恒定，容器側(cè)壁絕熱。假定蒸汽在凝結(jié)過程中壓力保持不變，試導(dǎo)出凝結(jié)過程中每一時刻底部液膜厚度8的計算式，在你的推導(dǎo)過程中，“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

28、過、d、l(ts-tw)- l r 一 二液膜得導(dǎo)熱而傳到底面上的，于是有：di 6,其中工為時間，將此式對 工作積分，并利用 7=0, 6 = 0的條._ 2 (ts -tw)。一it件，得pr。此式表明液膜厚度與 vt成正比。容器側(cè)壁絕熱使本題可以按一維無限大平壁導(dǎo)熱問題處理。沸騰換熱06 1z 16 24 30 h間也度為100c,壁溫比水溫高 5 co7-19、直徑為6mm的合金鋼元在 98 c水中淬火時的冷 卻曲線如附圖所示。鋼元初溫為 800c。試分析曲線 各段所代表的換熱過程的性質(zhì)。解：ab段鋼元的溫度隨時間的變化比較平緩，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間

29、而 急劇下降，呈現(xiàn)出核態(tài)沸騰的特點，而到bc段的下部，溫度曲線再次變得平緩，反應(yīng)出對流換熱逐漸進(jìn)入以自 然對流為主得區(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)制對流換熱。水的平均溫試問：當(dāng)流速多大時，對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)沸騰時的熱流密度相等2解：ps =1.98父10 pa時，ts =120c,對應(yīng)水的物性u =0.252 父10 m2/s, pr=1.47,九=0.686w/(m k )0 5根據(jù)公式h = ci &2.33 p0.5 = 0.1224 義 52.33 乂(1.98 黑 105

30、 )=2315.87w/ m2 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，管內(nèi)湍流強(qiáng)制對流h:0.023re0.8pr0.4 e r d0.8re所以= 1887.24hd2315.87 0.0150.023pr0.4 - 0.023 1.470.4 0.686re =12439reudvre u =所以 d12439 0.252 1060.015= 0.21m/so7-21、當(dāng)液體在一定壓力下作大容器飽和核態(tài)沸騰時，欲使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加10倍.溫差(tw-ts)應(yīng)增加幾倍？如果同一液體在圓管內(nèi)作單相揣流

31、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h .產(chǎn)(2)管內(nèi)湍流h v0.8p v2工=3=102=2.69t hv卜產(chǎn) 101.25 1778 =i =10=17.78v 2691.3義 103 1 9.8父(951 0.8265t=7.37c,二%=120 + 7.37 =127.4 c。不銹鋼管內(nèi)的熱量都是通過內(nèi)壁面導(dǎo)出的，導(dǎo)熱溫差：at =6n(d2/d1)/(2gj) =40001n(15/12)/(2父3.1416父10父1.85) = 7.68 c。最高壁溫位于內(nèi)壁面上，其值為

32、 127.4 +7.68 = 135.1 c。7-25、直徑為30mm 瞬間，棒表面溫度為(6 15)估計。4.33解：h =44.8t p的鋼棒(含碳約1.5%)在100 c的飽和水中淬火。在冷卻過程中的某一 110c,試估算此時棒表面的溫度梯度。沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按式0 54 330 52.=44.8 父(110100).父1.013. =9640w/(m k),這一對流換熱量系通過工作表面里層的導(dǎo)熱而傳遞到工作表面上，故有:二 ht 盤 ，1 h：t 9640 1036.6-2634 c/m,負(fù)號表示溫度沿半徑方向減少。7-26 一直徑為3.5mm、長100mm的機(jī)械拋光的薄壁不銹鋼

33、管，被置于壓力為的水容器中，水溫已接近飽和溫度。對該不銹鋼管兩端通電以作為加熱表面。功率為1.9w及100 w時，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。1.013x10 5pa試計算當(dāng)加熱1.9q =二 dl二 0.0035 0.1= 1728.8w/m2這樣低的熱流密度仍處于自然對流階段。此時溫差一般小于 4c。傳熱系數(shù)需要知道其壁面溫度，故本題具有迭代性質(zhì)。先假定溫差由于計算自然對流的表面t =tw ts = 1.6 c定性溫度物性參數(shù)1tm . tw ts =100.82c?； -0.6832w/ m kpr =1.743= 0.293 10m2/s a =7

34、.54 10 k_ _ _ 32.3 2257.1 104ga td39.8 7.54 10 工 1.6 0.00353gr = -2 =2 = 5904.50.293 10-ii故 nu =0.48grpr 4 = 0.48 5904.5 1.743 4 = 4.83所以nud4.83 0.68320.0035942.8w/ m2_ 2q=h.：t =942.8 1.6 = 1508.48w/m2與q=1728.8w/m相差達(dá)12.7%,故需重新假定 t。5考慮到自然對流平&4即&70.8在物性基本不變時.正確的溫差按下式計算：0.8& =1.6 + /2=2.715b508.48)c1而h

35、gat4即h = 942.8 : i 2715 41.6-1076w/ m2(2)當(dāng) 9=100w 時, 假定進(jìn)入核態(tài)沸騰區(qū)，中1002q =90945.7w / m二 dl二 0.0035 0.1p =1.013 105pa0.70.15根據(jù)公式h =c2q p075 0.152=0.5335 909457).父(1.013父105 ) = 8894.5w/(m2 k )驗證此時的過熱度一二陋紅h 8894.5= 10.2c確實在核態(tài)沸騰區(qū)。0.677-27、式(7-17)可以進(jìn)一步簡化成h =cq ，其中系數(shù)c取決于沸騰液體的種類、壓力及 液體與固體表面的組合。對于水在拋光的銅、鉗及化學(xué)蝕

36、腐與機(jī)械拋光的不銹鋼表面上的沸5騰換熱，式(7-17)中的cwl均可取為0.013。試針對p.0130 pa、4.76m105pa、 10.03m105pa、19.08黑105pa、39.78 105 pa下的大容器沸騰、計算上述情形中的系數(shù)c ,且進(jìn)一步把系數(shù) c擬合成壓力的募函數(shù)形式，并與式 (6-16)比較。0.67解：把式(6-17)寫成h =cq的形式，可得:0.33cplc = -p- rp。1 二 cpl g g(k - v).1. 丁 ；q丫33 -0.013r0.67prl )虧 l0.013i-r yg(h -pv).p/ (bar)1.0134.7610.0319.083

37、9.78cpl/ kj/ (kg.k)4.224.3134.4174.5554.844prl1.751.171.000.910.86n i x 106/ kg/ (m.s)282.5186.4153.0130.5169.9rx 10-3/ (j/kg )2257.12113.12013.01898.31714.5p 1/ (kg/m 3)958.4917.0886.9852.3799.0p vi/ (kg/m 3)0.59772.5485.1609.59319.99b x 104/ (n/m )588.6486.6422.8354.1261.9c4.99727.12798.40979.6124

38、11.3520.223用最小二乘法擬合得 c=5p , p的單位為bar。7-28、在所有的對流換熱計算式中.沸騰換熱的實驗關(guān)聯(lián)式大概是分歧最大的。就式（6 17）而言、用它來估計q時最大誤差可達(dá)100%。另外，系數(shù)cwi的確定也是引起誤差的一個方面。今設(shè)在給定的溫差下，由于cwi的取值偏高了 20%,試估算熱流密度的計算值會引起的偏差。如果規(guī)定了熱流密度，則溫差的估計又會引起多大的偏差？ 通過具體的計算來說明。0.33 ,0.33 解：（1）由于其它條件不變，給出t么計算”時，應(yīng)有cwl q 1 = cwl q 2 ,1 =57.55 1.7375%,即偏低 42.5%。0.33q2(cwi

39、)1q21，3 03即 q1(cwl)21.2q11.23.03（2）當(dāng)給定q,由式（6-17）確定&t時，cwi的誤差與at的誤差成線性關(guān)系。7-29、用直徑為1mm、電阻率p = 1.1父10上口 *m的導(dǎo)線通過盛水容器作為加熱元件。試確定，在ts=10 0c時為使水的沸騰處于核態(tài)沸騰區(qū)，該導(dǎo)線所能允許的最大電流。解：按下題的計算qmax =1.1黑106w/m2 ,達(dá)到臨界熱流密度時，每米長導(dǎo)線上總換熱量=3.1416 x 0.001 x 1.1 x 106 = 3456w ,每米長導(dǎo)線的電阻：123456r =1.1 2 =141i =3456= 2468.63.141612/4，按

40、ohm 定律， r 1.4,i = % 2468.6 =49.7a。7-30、在實驗室內(nèi)進(jìn)行壓力為1.013x10 5pa的大容器沸騰實驗時，采用大電流通過小直徑不銹鋼管的方法加熱。為了能在電壓不高于220v的情形下演示整個核態(tài)沸騰區(qū)域，試估算所需的不銹鋼管的每米長電阻應(yīng)為多少，設(shè)選定的不銹鋼管的直徑為3mm ,長為100mm。解：r =2257.1 m103j/kg h = 958.4kg/m3p = 0.5977kg/m3= 588.6 10n/m .1qmax 二2 2257.1 m103 m ,0.5977 式 9.8 乂 588.6父 10“ 父（958.4式0.5977）以=1.1

41、 父 106w/ m2 24。達(dá)到臨界熱流密度時，換熱總量：=叼*,=3.1416003110-039, u 2/ = ir = 一按照ohm定律，r ,故該件的電阻u 22202中 1037=46.67,即每米長電阻應(yīng)為466.7q。7-31、試計算當(dāng)水在月球上并在105pa及10x10 5pa下作大容器飽和沸騰時，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） , qmax g14,地球上 p=105pa 時，qmax mqow/m2 ,故月球qmax =(1)4 父1.1 父106 = 0.6398父1.1 m106=0.70

42、3m106w/m2上該壓力下6;在壓力為10m105pa 時,r =2013103j/kgpi = 886.9kg/m3pv=5.16kg/m3= 422.8 10-n/mq =3.1416 m2013m103 mv5j6 m 9.8x1x422.8x10- x (886.9x5.16) , =1.674m 106w/m2ax246。兩種情形下月球的qmax均為地球上相應(yīng)情形下的7-32、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。假設(shè)可以把這一沸 騰過程近似地作為大容器沸騰看待，試估計每平方米蒸發(fā)器外表面所能承擔(dān)的最大制冷量。-20 c時氨從液體變成氣體的相變熱（潛熱）r

43、= 1329kj / kg ,表面張力了 = 0.031 n / m,密度 pv = 1.604kg/m3。3解：ts=-20c時，pi = 666.7kg/m由式(6-20)得：qmax=24rpv-2gy(pi-pv)4=3.1416 m1329m103 m j1.604 父 9.8m0.031 /（666.7-1.604）】14 =8.31 父 105w / m224。7-33、一直徑為5cm、長10cm的鋼柱體從溫度為 110 0c的加熱爐中取出后，被水平地置于壓力為1.013x10 5pa的盛水容器中（水濕已近飽和）。試估算剛放入時工件表面與水之間的3換熱量及工件的平均溫度下降率。鋼

44、的密度p = 7790kg/m，比熱容c= 470j /（kg k ）發(fā)射率0 = 0.8。解：工件置于水容器得瞬間形成了穩(wěn)定得膜態(tài)沸騰, 得tm=1100 . 100 =600c2，由式（6-21 ）,c ” ：9.8父 2257.1 m103 m 0.3852 父(958.4 0.3852)m 0.0422334 ” 2hr =0.62 -5 = 96.77w /(m .k):2.067 父 10 父0.05 乂(1100 100)_44、0 (tw - tb )h 二r 11, - -1；1輻射換熱系/按式(8-16)計算：115.67x10 8 乂 (13734-3734)彳”，“ 2 八-黑=160.3w/(m k)tw -tb 10001 + 1_ 10.8 _2故 h =96.77 +160.3 = 257.1w/(m k)?？倱Q熱量:,二d2,0.052。；二(二 dl 2)h：t=(0.05 0.1+) 3.1416 257.1 1000= 5048w42。工作得熱容量3.1416 0.05240.1 7790 4= 718.8