傳熱學第57章答案

第七章凝結(jié)與沸騰換熱1凝液量：m=(kg/s)2.水平放置時，凝水量m=(kg/s)3?壁溫tw=1000,h=12029w/(m2?k)4.向下咼度局部換熱系數(shù)w/(m2?k)平均換熱系數(shù)w/(m2?k)X=976313015X=65298704X=549073195?此時管下端液膜內(nèi)已出現(xiàn)紊流。H=6730w/(m2?k)豎壁高h=mm7?單管與管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之比：L=h管束8.凝結(jié)水量m=x(kg/s)9?考慮過冷度時，m=x(kg/s)相差：5.14—5.12x100%=0.39%5.14管長L二1m，管長減少量15二=打1.5 /3凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=w/(m2?k)凝液量：m=x(kg/s)管長能縮短用于水時,h=w/(m2?k)與11題相比換熱系數(shù)倍率53411=7.63700.2氟利昂12： ?=42143(W)氟利昂22： ?=50810(W)差異：%16．用電加熱時，加熱方式是控制表面的熱流密度。而采用蒸汽加熱則是壁面溫度可控的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當加熱功率q稍超過q 值時，工況將沿qmax虛線跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰線，max使壁面溫度飛升，導(dǎo)致設(shè)備燒壞?？傊?，電加熱等依靠控制熱流來改變工況的設(shè)備，一旦熱流密度超過峰值，工況超過熱流密度峰值后，沸騰溫差將劇烈上升到1000r左右，壁溫也急劇升高，發(fā)生器壁燒毀現(xiàn)象。采用蒸氣加熱時，工況點沿沸騰曲線依次變化。不會發(fā)生壁面溫度急劇上升情況。由式(7)r二竺匚，在一定的AtQ,Y,p,T五個量中，只有pminypAt US u隨壓強變化最大，P增加時，p的增加值將超過Ts的增值和y的減少，us最終使Rmin隨p的增加而減小。h=xw/(m2?k)h=67140w/(m2?k)21?溫度降為183°Ch=1585w/(m2?k)與自然對流相比較，h 769自然對然= =0.485h 1585沸騰22.Q=w/(m2?k),tw=C23.C0.0115w,第五章對流換熱分析影響對流換熱的因素有流體種類、速度、物理性質(zhì)、表面溫度、環(huán)境溫度、形狀、尺寸、位置、表面狀況 等等，試以你的感性認識舉例說明這些因素的存在。答：①日常生活中，蒸汽換熱與水換熱，其種類不同，物理性質(zhì)也不同，則換熱效果也明顯不同。在晴朗無風的天氣里與有風的天氣里曬衣服，其流體速度不同，衣服曬干的時間也是不同的，說明換熱效果有不同。一杯水放在空氣裝配能夠與放在冰箱里，環(huán)境溫度不同，其換熱效果有是不同的。板式換熱器與肋片式換熱器形狀不同，定性尺寸也不同，換熱效果也不同。粗糙管與光滑管的換熱效果也是不一樣的。換熱器放在窗下面與放在墻角換熱效果是不一樣的。試設(shè)想用什么方法可以實現(xiàn)物體表面溫度恒定、表面熱流恒定的邊界條件答：加熱水使其在沸騰狀態(tài)，放一物體在沸騰水中，此狀況下物體表面溫度可認為是恒定的。將一物體外層包裹一層絕熱材料，再將物體連入一恒定電流的加熱器中，則其物體可認為是表面熱流恒定。試就自然界和日常生活中的對流換熱現(xiàn)象舉例，說明哪些現(xiàn)象可以作為常壁溫或者常熱流邊界條件來處理哪些現(xiàn)象可以近似地按常壁溫或常熱流處理答：在冰箱內(nèi)層結(jié)了一層冰，與冰箱內(nèi)物體換熱，此時，冰箱內(nèi)壁是常壁溫的。電爐加熱可視為常熱流。水壺燒開水，可近似認為是恒熱流的加熱方式。暖壺裝滿熱水內(nèi)壁可近似認為是常壁溫的。沸騰水與常溫水的溫度有沒有數(shù)量級差別如果厚度相比是否可以認為是1與§之比答：沸騰水與常溫水的溫度沒有數(shù)量級差別。如果流體外掠長度只有1mm的平板，那么它的板長與邊界厚度相比是可以認為是1與§之比。對流換熱過程微分方程式與導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達式兩者有什么不同之處、 、 、 、h—入(￡)t)答：對流換熱過程微分方程式：入廠^y)w,x ①x導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達式為：t、h仆Is-tIf)=-'呂)s ②①式中為X點貼壁處流體的溫度梯度,k/m。由近壁面的溫度場確定，、為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，q為對流換熱量，是隨著x的變化而變化的，x而②中是確定的。②式中的人是傳熱體的導(dǎo)熱系數(shù)，由傳熱材料決定。流體外掠平板，在溫度條件不變的情況下，主流速度增加時，它的局部和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都增加，試從換熱原理進行分解釋。

答：主流速度增加時，速度邊界層厚度減小，在溫度條件不變時即使溫度條件不變，熱邊界層厚度減小，增加了邊界層內(nèi)的溫度梯度，從而局部和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都增加。8．在相同溫度及速度條件下，不同Pr流體外掠平板時的溫度及速度邊界層厚度、速度及溫度梯度及平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等有何差異答：Pr大的流體，溫度邊界層厚度小于速度邊界層厚度，溫度梯度速度大于速度梯度，則平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)將較大。10?導(dǎo)岀外掠平板層流邊界層在距前緣x距離內(nèi)的平均厚度表達式。解：由外掠平板流動的動量微分方程du u Q2uuv—dx yy2TOC\o"1-5"\h\z由于u?u^,x?x,y?&而由連續(xù)性方程du v0dx y紅.....- 可知v?乞6，因此，動量微分方程式中各項的數(shù)量級如下:x xdu u Q2udy2，少dy2，少L..…在邊界層內(nèi)，粘性力項與慣性力項具有相同數(shù)量級,2艮卩竺?少/uXX2 00x y (uuuu ，— 竺,00xxu2 u即x$2所以1所以x.R7ex為什么Pr《1時，則5t》6,試分析在5t>8區(qū)域內(nèi)的流動及換熱的機制。答：由公式亠沁Pr_3,Pr?1,51>>5,o

此時在邊界層內(nèi)熱量擴散強度遠大于動量擴散。?6=1.47x10一3m?6=9.78x10-4mt14?局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：h二2273.2w/(m2?k)x=0.1mh=1608.2w/(m2?k)x=0.2mh=1312w/(m2?k)x=0.3mh=1071.2w/(m2?k)x=0.45m平均表面h=w/(m2?k)15?6 =2.54x10-3m注：umax注：u—=0.376頁-0.2孝u x6 x63V =1.3x10-3smax=m全板長為層流：h=W/0=556(W)紊流換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式：h=24289W/(m2?k)0=971577(W)=,全板長流動層流h=W/(h=W/(m2?K),9=13020(W)21-6=咗g22.N=0.02872R：PUx e5r23.h二九廠dt、At(23.h二W5-24由邊界層能量微分方程式直接導(dǎo)出能量積分方程式解：常物性不可壓縮流體，忽略粘性耗散，二維的邊界層能量微分方程表示為：t dt 2tu a i)x y莎同樣，上式方向上對整個溫度邊界層厚度積分，得t t 2ttu—dy t dy=afox J0 y J0y2進一步可寫為[utdy-Jo o由連續(xù)性方程知:嚴d^4)t[—「嚴dy=_a3\Idx 0[utdy-Jo o由連續(xù)性方程知:嚴d^4)t[—「嚴dy=_a3\Idx 0J0dydy\y=0dvdudy dxt^dy代入上式得：oxdy-t t竺dy+fox；u(t—t)dv=—"y取過余溫度t-t，上式變?yōu)閣u@-0)dy=—Y 即此為邊界層能量積分方程。yUtut