冶金傳輸原理-熱量傳輸-第7章 試題庫(kù)-2023修改整理

千里之行，始于足下讓知識(shí)帶有溫度。第第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦冶金傳輸原理-熱量傳輸-第7章試題庫(kù)第7章對(duì)流換熱

題7-1一個(gè)大氣壓下20℃的空氣，以1.5m/s的速度流過(guò)溫度為100℃的平面爐墻表面，爐寬1.0m,長(zhǎng)2.0m，若不計(jì)自然對(duì)流影響，求爐墻的對(duì)流換熱量。已知在60℃下空氣的有關(guān)物性為

696.0Pr);/(10

90.2;/10

97.182

26

=???=?=--CmWsmλν

解：CTTTWfm?=+=

+=

60)20220(2

1)(2

1

對(duì)長(zhǎng)L=2.0m的平板，有5

5

6

010510

58.110

97.180.25.1Re

??=??=

=-ν

l

vL

湍流

從而有

1196686

.0]871)1043.9(037.0[Pr

)871Re

037.0(3

/18

.053

18

.0=?-?=-=Nu

)/(9

.994.0/10

34.31196/2

2

CmWlNuh??=??==-λ

于是傳熱熱量為

WATThQfW32.76720.14.0)24216(9.99)(=??-?=-=

題7-3水在內(nèi)徑d=0.03m、長(zhǎng)度ml0.2=的水平直管中流淌，管內(nèi)水流速,

/04.0smu=

平均溫度,20CTf?=當(dāng)管壁溫度為CTW?=60時(shí)，求對(duì)流換熱系數(shù)。已知時(shí)，CTf?=20水的物性參數(shù)為

02.7Pr;/11082.1);/(599.0;/10

006.14

26

=??=??=?=--CCmWsmβλν

當(dāng)CTW?=60時(shí)，

)/(10

699.4;98.2Pr4

smkgWW??==-μ

解：2300119210

006.103

.004.0Re

6

=??=ldf

f

可以選式（7.39）計(jì)算86.259.001.586.1)

()

/Pr(Re

86.114

.03

/1=??==Wf

ff

f

ldNu

μμ

故)/(1.5703

.0599.086.22

CmWd

Nuh??=?

==λ

題7-4向來(lái)管內(nèi)徑為0.08m,管長(zhǎng)為5m,管壁溫度保持60℃，水與空氣分離從管中流過(guò)，

試分離計(jì)算水和空氣從20℃加熱到40℃時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)。已知管中水的流速為0.3m/s,空氣流速為4.5m/s。已知在30℃下水的有關(guān)物性為

42.5Pr);/(618.0;/10

805.02

6

=??=?=-CmWsmλν

在30℃下空氣的有關(guān)物性為701.0Pr);/(10

67.2;/10

9.222

26

=???=?=--CmWsmλν

解：CTTTfff?=+=

+=

30)4020(2

1)(2

121

CTTTfW?=-=-=?303060故不考慮因粘度引起的誤差修正。又對(duì)于直管605.6208.0/5>==dL，故不考慮入口段修正。水：2981310805.008.03.0Re5

=??==-ν

ud

空氣：1572022

9.2208.05.4Re6

=??=

=

-ν

ud

均為旺盛湍流)10000(Re>,采納式（7.31）水)/(6.132642

.529813

023.008

.0618.0PrRe

023.02

4

.08

.04

.08.0CmWd

hf

f

??=???=

=λ

空氣

)

/(2.15701

.015720

023.008

.010

67.2Pr

Re

023.02

4

.08

.02

4.08.0CmWd

hf

f

??=????=

=

-λ題7-5長(zhǎng)12m，外徑0.3m的垂直蒸汽管外表面溫度為60℃，試求在20℃的空氣中此管單位長(zhǎng)的散熱量。在40℃下空氣的有關(guān)物性為

699.0Pr);/(0276.0;/10

96.162

6

=??=?=-CmWsmλν

解：CTTTfWm?=+=

+=

40)2060(2

1)(2

1

垂直圓柱管，定型尺寸為管長(zhǎng)L=12m。

湍流

9

12

2

6

33

2

10

10

25.5699.0)

10

96.16()40273(12)2060(81.9PrPr>?=

???+?-?=?=

-Lv

TgGrβ

查表1可得：,31,1.0=

=nC則

1739)1025.5(1.0Pr)(1.0311231=??=?=GrNu)/(0.412

0276.017392

CmWH

Nu

h??=?

==λ

故mWdTThQfW/72.1503.014.3)2060(4)(=??-?=-=π

題7-6水以0.8kg/s的流量在內(nèi)徑為d=2.5cm的管內(nèi)流淌，管子的內(nèi)表面溫度為90℃，進(jìn)口處水的溫度為20℃，試求水被加熱至40℃時(shí)所需的管長(zhǎng)。已知時(shí)，CTf?=30水的物

性參數(shù)為

)

/(174.4),/(10

9.314),/(10

5.80142

.5Pr;/7.995);/(10

8.61;/10805.06

6

3

2

26

CkgkJcmskgmskgmkgCmWsmpWf

??=??=??===???=?=μμ

ρλν

解：CTTTfWm?=+=

+=30)4020(2

1)(2

1

smAM

u/64.17

.995)10

5.2(8

.042

2

=????=

=

-πρ

4

6

6

2

1010

09.510

805.0105.264.1Re>?=???=

=

--ν

ud

流淌為湍流。因?yàn)闇夭顬?0℃，故要作修正。

97

.2919.3145.80142

.5)

1009.5(023.0PrRe

023.011

.04

.08

.0411

.04.08.0=?

?

???????=???

???=W

ff

f

Nu

μ

μ按照熱平衡方程：流體得到（或失去）的熱量=流體與管壁間的對(duì)流換熱量

即96.1)

()('

''=--=

fWffpTTdhTTMclπ

又604.7810

5.29

6.12

>=?=-d

l

故不必舉行管長(zhǎng)修正。

題7-7長(zhǎng)10m,外徑為0.3m的包扎蒸汽管，外表面溫度為55℃，求在25℃的空氣中水平與垂直兩種方式安裝時(shí)單位管長(zhǎng)的散熱量。已知在40℃下空氣的有關(guān)物性為

699.0Pr);/(10

76.2;/10

96.162

26

=???=?=--CmWsmλν

解：(1)水安全裝時(shí)，特征尺寸為管子外徑，即d=0.3m,則

層流

9

7

2

6

33

2

10

10169.6699.0)

10

96.16()40273(3.0)2555(81.9PrPr?=

???+?-?=

?=

-Lv

TgGrβ

查表1得：。

3

1,1.0=

=nC1317)

10285.2(1.03

112

=??=Nu

)/(64.310

10

76.213172

2

CmWd

Nu

h??=??

==-λ

mWmWdTThL

fW/9.102/3.014.3)2555(64.3)(=??-?=-=Φπ

（3）以簡(jiǎn)化公式計(jì)算

1）水安全裝時(shí)為層流，查表1得計(jì)算公式為

)/(21.43.0255533.133.12

4

/141

CmWdTh??=?

?

?

??-?=??????=

2）垂直安裝時(shí)為湍流，查表1得計(jì)算公式為()

)/(51.3255513.113.12

3

/13

1

CmWT

h??=-?=?=

計(jì)算誤差均未超過(guò)±5%。

題7-8一水平放置的熱力管道在廠房中散熱。已知管道外徑d=108mm,其外表面溫度

,80CTW?=廠房?jī)?nèi)空氣溫度。CTf?=10試計(jì)算每米管道由自然對(duì)流換熱方式散失的熱量。

解：本題符合采納專用式（7.23）的條件平均換熱系數(shù))/(76.6108.07034.1)/(34.12

4

14

1CmWlTh??=?

?

?

??=?=

每米長(zhǎng)管道自然對(duì)流換熱的散熱量為

mWdTThQfW/160

108.07076.6)(=???=-=ππ

題7-9一臺(tái)蒸汽輪機(jī)用冷凝器銅管根數(shù)n=6000,，管外徑為23mm,壁厚1mm。冷卻水進(jìn)口處水溫柔管內(nèi)壁溫度分離為,4.29,4.27'

'CTCTWf?=?=冷卻水出口處水溫柔管內(nèi)壁溫度分離為,6.35,6.34'

''''CTCTWff

?=?=冷卻水流量。skgQ/2500=冷凝器內(nèi)冷卻水為兩個(gè)

流程。試計(jì)算管內(nèi)壁與水之間的平均對(duì)流換熱系數(shù)。已知，水在31℃時(shí)的物性參數(shù)為：

s

PasPamkgKmWsmWf

??=??===?=?=6

6

3

26

10

4.764,10

7.786,

31.5Pr,/4.995),/(62.0,/1079.0μμ

ρλν

（提醒：冷凝器過(guò)流截面積為2

60004

2

?

?d

π

）

解

：

4

4

6

2

10

10

43.610

79.02

6000)2022.0023.0(4

4.995)

2022.0023.0(2500Re>?=???

?-??

?-?==

=

-π

ν

ρν

AQd

ud

流淌為湍流。對(duì)流換熱系數(shù)為

)

/(929931

.5)1043.6(021

.062.0023.0PrRe

023

.02

4

.08

.04

4

.08.0KmWd

hf

f

?=????

==λ

題7-10水式量熱計(jì)為一外徑mmd15=的管子，用空氣斜向吹過(guò)?？諝馑俣?/p>

,/20smv=與管子軸線的交角為60o?？諝鉁囟葹?0℃。穩(wěn)定時(shí)量熱計(jì)管子外壁溫度80=WT℃，試計(jì)算管壁對(duì)空氣的對(duì)流換熱系數(shù)及單位管長(zhǎng)的對(duì)流換熱量。

已知在50℃下空氣的有關(guān)物性為698.0Pr);/(0283.0;/10

95.172

6

=?=?=-KmWsmλν

解：CTTTfWm?=+=

+=

50)2080(2

1)(2

1

1671

10

95.17015.02Re6

0=??=

=

-ν

d

v查表2得466.0,606.0==nc。由φ=60o查圖1得94.0=?ε。于是對(duì)流換熱系數(shù)為

)

/(3.30015.00283.094.0698

.01671

606.0Pr

Re

606.02

3

1466

.03

1466

.0KmWd

h?=?

???==λεφ

單位管長(zhǎng)的對(duì)流換熱量

mWTTdhfWl/7.85)2080(3.30015.0)(=-???=-=Φππ

題7-11、30℃的空氣以50m/s的速度外掠一塊平板，平板保持210℃的板面溫度，板長(zhǎng)0.5m。試求平均換熱系數(shù)。不計(jì)輻射換熱。

已知在120℃下空氣的有關(guān)物性為686.0Pr);/(10

34.3;/10

45.252

26

=???=?=--CmWsmλν

解：CTTTfWm?=+=+=120)30210(2

1

)(21

5

5

6

10510

82.910

45.255

.050Re?>?=??=

=

-νvl

平板后部以達(dá)到湍流區(qū)，全長(zhǎng)平均換熱系數(shù)為

=?-?=-=3

18

.053

18

.0686

.0]871)

1082.9(037.0[Pr

)871Re

037.0(Nu1261

)/(23.845.0/1034.31261/22CmWlNuh??=??==-λ

題7-12、某高爐冷卻壁，其冷卻水管內(nèi)徑d=58mm,有效長(zhǎng)度L=1.75m,水在管內(nèi)的流速v=1.5m/s,進(jìn)出口平均溫度Tf=40℃,管壁溫度TW=47℃。試求水與管壁間的對(duì)流換熱系數(shù)？已知水在40℃時(shí)物性參數(shù)為：31.4Pr,/10

659.0),/(635.02

6

=?=??=-smCmWνλ。

解：4

6

10113202210

659.0058.05.1Re?>=??=

=

-ν

vd

湍流

,74047CTTTfW?=-=-=?不需做溫差修正。由式（7.31）得7.53031

.4132022

023.0PrRe

023.04

.08

.04

.08

.0=??==f

f

f

Nu

)/(4.5810058

.0635.07.5302

CmWd

Nu

h??=?

==λ

題7-13、水流過(guò)長(zhǎng)L=5m的直管時(shí)，從CTf?=3.25'

被加熱到CTf?=6.34"。管子的內(nèi)徑,20md=水在管內(nèi)的流速為2m/s,求對(duì)流換熱系數(shù)。已知水在30℃時(shí)物性參數(shù)為：

。

42.5Pr,

/10

805.0,/7.995),/(174.4),/(618.02

6

3=?==??=??=-smmkgCkgkJcCmWpνρλ

解：CTTTf

ff?=+=

+=

302

6

.343.252

"

'

4

4

6

1051097.410

805.002.02Re?>?=??=

=

-ν

vl湍流

25842

.5)

1097.4(023.0PrRe

023.04

.08

.04

4

.08.0=???==f

f

f

Nu

)/(789502

.0618.02582

CmWd

Nu

h??=?

==λ

題7-14、一個(gè)大氣壓下，20℃下的空氣以15m/s的流速流過(guò)平板，板面溫度為60℃。求距板端0.5m處的對(duì)流換熱系數(shù)及單位板寬的傳熱量。查得40℃時(shí)空氣的有關(guān)物性參數(shù)為：

??=?=--mWsm/(10

76.2,/10

96.162

26

λν熱導(dǎo)率粘度℃）

，Pr=0.699。解：5

5

6

10510

422.410

96.165.015Re???

平板后部已達(dá)到湍流區(qū)，故采納式（7.25）計(jì)算

()0.8

13

0.037Re871Prmf

f

Nu=-

()0.8613

0.0371.07108710.9681576??=?-?=????

于是平板平均換熱量為

2

15762.8810

22.72

mNuhl

λ-??=

=

=()2

/WmC??

【題7-22】空氣溫度為20℃，流速為5m/s,當(dāng)對(duì)流換熱表面溫度都為60℃時(shí)，

求下面兩種狀況對(duì)流換熱系數(shù)的相對(duì)大?。海?）空氣縱掠長(zhǎng)為20cm的平板；（2））

空氣橫掠直徑為20cm的圓柱。

解：流體定性溫度

()()11

6020402

2

mw

f

Tt

tC

=

+=+=?

查附錄7的有關(guān)物性參數(shù)如下

()2

2.7610/WmCλ-=???,6216.9610/msν-=?，Pr0.699f=

（1）縱掠長(zhǎng)為20cm的平板，計(jì)算流體的雷諾數(shù)

45

6

50.2Re5.901051016.9610

ful

ν

-?=

=

=?<??

按式（7.24）計(jì)算

()

0.5

0.5

13

4

10.664Re

Pr

0.6645.9010

0.699

143mNu==???=

于是平板平均換熱系數(shù)為

2

1432.7610

19.80.2

mNuhl

λ-??=

=

=()2

/WmC??

（2）橫掠直徑為20cm的圓柱，計(jì)算流體的雷諾數(shù)

45

6

50.2Re5.901051016.9610

fud

ν