傳熱學(xué)第七章答案工學(xué)

1103由此得：(Lt)34＝18.345，Lt＝48.3m.℃。t)14，255052Lt1390.020.0176.032135℃。7-4隨著空間飛行技術(shù)的發(fā)展，零重力下的傳熱問題研究越來越得到重L40.155410620，L0.106730.0506m5.06cm5.1cm。7-4一種同時(shí)冷卻為1103由此得：(Lt)34＝18.345，Lt＝48.3m.℃。t)14，255052Lt1390.020.0176.032135℃。7-4隨著空間飛行技術(shù)的發(fā)展，零重力下的傳熱問題研究越來越得到重L40.155410620，L0.106730.0506m5.06cm5.1cm。7-4一種同時(shí)冷卻為800℃。。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(shí)間的變化比較平緩，代表了RwRetd534思考題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(dòng)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sw℃t14sw臨界雷諾數(shù)53r即水平管管徑達(dá)到2.07m即水平管管徑達(dá)到2.07m時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)才過渡到湍流。5．試說明大容器沸騰的q~t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(gè)工程應(yīng)用實(shí)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。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)。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?與溫差無關(guān)，溫差的影響隱含在公式適用范圍和物件計(jì)算中。41051641.6(47.62/58.93)362289W/m2lh0.943（2）0.94325770W/m2，不考慮從過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217kg/m3r335.01103J/kg17.6103N/m，，，qcr24152.04103660～(1/L)14，hn～1/L/(n1)14，14，,16,n16115，設(shè)需把直管等分為幾段才能41051641.6(47.62/58.93)362289W/m2lh0.943（2）0.94325770W/m2，不考慮從過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217kg/m3r335.01103J/kg17.6103N/m，，，qcr24152.04103660～(1/L)14，hn～1/L/(n1)14，14，,16,n16115，設(shè)需把直管等分為幾段才能14Kgp103l，代表了相變潛熱與相應(yīng)的顯熱之比，在相變換熱（凝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的增加而迅速上升?答：因?yàn)殡S著壁面過熱度的增加，輻射換熱的作用越加明顯?；靖拍钆c分析Gu形式，引入伽里略數(shù)2及雅各布數(shù)r14u14℃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。rJJ，rrJ一步一般化可寫為pt（x）llJkg；14ul103kg6（x）X=0.1、X=0.5、l11414＝9.893922181.8105＝＝hsw9.82181.8103939268.6310614422244.19100244.19136.24t106.2℃。沸騰段總換熱量：d24dlq3.140.0均熱容量45431.71.2301034.516002.257106335106t)5431.71.0161920.0535314o4401060.011(5745.5)，oo2250r2271。8119.893922181.8105＝＝hsw9.82181.8103939268.6310614422244.19100244.19136.24t106.2℃。沸騰段總換熱量：d24dlq3.140.0均熱容量45431.71.2301034.516002.257106335106t)5431.71.0161920.0535314o4401060.011(5745.5)，oo2250r2271。811x 1對R134a：11＝X=0.5、114101mm；2.046101mm。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)的觀點(diǎn)來解釋這一現(xiàn)象[常稱為萊登佛羅斯形成跳動(dòng)，在沸騰曲線上相應(yīng)于qmin(見圖6-11)的點(diǎn)即為開始形成現(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)。水蒸氣壓力為解：水蒸氣p 939kg/m3＝＝114hx解得xxhx7-6、飽和溫度為50℃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。解：ts=100℃61920.05353440106001(tt)2086.4(57t)14，14，31.221(57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大，加熱面附近水的過熱度各為多少?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m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。解：ts=100℃61920.05353440106001(tt)2086.4(57t)14，14，31.221(57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大，加熱面附近水的過熱度各為多少?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m2lW1.13g2r3ll14RLm3，＝整個(gè)冷凝器的2530l1.13g2r3ll14＝L14所以L=3343.293m 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5℃，試計(jì)算在冷凝壓力為5103Pa7-8、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5℃，試計(jì)算在冷凝壓力為5103Pa、5104Pa、105Pa及106Pa下的凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。ρλul汽凝結(jié)來加熱管外氣流。在—次試驗(yàn)中測得以下參數(shù)：空氣的平均溫度為30℃，總換熱量為2100W。肋片管爾分析解計(jì)算離開管頂為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)×0.15×0.06＝0.18，按自然對流豎壁計(jì)算，b19.8500.1530.6891012323均溫度為15℃、流速為1.5m／s的冷卻水，流經(jīng)外徑為32mm、內(nèi)徑為汽凝結(jié)來加熱管外氣流。在—次試驗(yàn)中測得以下參數(shù)：空氣的平均溫度為30℃，總換熱量為2100W。肋片管爾分析解計(jì)算離開管頂為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)×0.15×0.06＝0.18，按自然對流豎壁計(jì)算，b19.8500.1530.6891012323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R4R58.66kWw14h/h/［W/（m2.k114501393315105161387-9、飽和溫度為30℃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。lr m2℃。l1.13g2r3ll14=14hLts平均熱容量c.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20.6829W/(m.K)u14=7.1958.4kg/m3103J/kg，，l0.683W/(m.K)，h1.139.82257.1該工況下的平均水速及管壁兩側(cè)按總面積計(jì)算的相對熱阻的大小。t解：采用試湊法，水側(cè)m1517216℃，(利用克拉貝龍方程導(dǎo)出最小汽泡半徑算式的過程，可見本書第一版4－4節(jié)。)2TrTT1T2TssRrT319.4(Lt)14(Lt)14，7-1設(shè)習(xí)題7-14中飽和水蒸汽的飽和壓力為1.013X105Pmh=7.1958.4kg/m3103J/kg，，l0.683W/(m.K)，h1.139.82257.1該工況下的平均水速及管壁兩側(cè)按總面積計(jì)算的相對熱阻的大小。t解：采用試湊法，水側(cè)m1517216℃，(利用克拉貝龍方程導(dǎo)出最小汽泡半徑算式的過程，可見本書第一版4－4節(jié)。)2TrTT1T2TssRrT319.4(Lt)14(Lt)14，7-1設(shè)習(xí)題7-14中飽和水蒸汽的飽和壓力為1.013X105Pmh=RQAh（tGH因此，兩種方案的凝液量之比m2H21下相同，上述結(jié)論與蒸氣壓力和銅管壁溫?zé)o關(guān)。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17-12、壓力為1.013x105Pa的飽和水蒸汽，用水平放置的壁溫為90℃的銅管來凝結(jié)。有下列兩種選擇：用—根直徑為10cm的銅管或用10根直徑為1cm的銅管。試問：1兩種方案的換熱表面積相同，溫差相等，由牛頓冷卻公式qhAt7-13、一臥式水蒸汽冷凝器管子的直徑為20mm，第—排管子的壁溫tw15℃，冷凝壓力0.605W/(m.K)2值。物性按飽和溫度查取。l0.618W/(m.K)另—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70℃，壁高1.2m．寬30cm。在此c6000W（m2K）與冷凝段的管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為90總熱阻中的比例。解：如圖：。試計(jì)算該熱管的內(nèi)943ll(3.140.020.04)(tlswct)，1282.51060.03(tt)s551.視，其中零重力下的凝結(jié)與沸騰是一個(gè)重要的課題。對于管內(nèi)強(qiáng)制對流凝結(jié)，在零重力下可以認(rèn)為液膜均勻地分布 Lt另—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70℃，壁高1.2m．寬30cm。在此c6000W（m2K）與冷凝段的管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為90總熱阻中的比例。解：如圖：。試計(jì)算該熱管的內(nèi)943ll(3.140.020.04)(tlswct)，1282.51060.03(tt)s551.視，其中零重力下的凝結(jié)與沸騰是一個(gè)重要的課題。對于管內(nèi)強(qiáng)制對流凝結(jié)，在零重力下可以認(rèn)為液膜均勻地分布 Lt14mn801.5106Lt1144hLt兩式聯(lián)立得0.683W/(m.K)4hLt255052Lt一般工業(yè)用冷凝器大多在層流范圍內(nèi)。h1今有一臺由直徑力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)的束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。lr2l3944W/(m2K)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。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：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82430.9103995.720.6183801.5106Lt10319.4(Lt)144hLtL257.1103Ja4220102257.1r=＝53.5J，c4220，rtw)代表了汽化潛熱與液變熱(潛熱)r1.604kg/m3666.7kg/m3。1329kJ/kg，表面張力0.031N/m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82430.9103995.720.6183801.5106Lt10319.4(Lt)144hLtL257.1103Ja4220102257.1r=＝53.5J，c4220，rtw)代表了汽化潛熱與液變熱(潛熱)r1.604kg/m3666.7kg/m3。1329kJ/kg，表面張力0.031N/m140w＝n則0n則0h與欲使hhhh0，應(yīng)有(n11414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：1＝段，即共需17-1＝16＝，d其中為時(shí)間，將此式對作積分，并利用rsw厚度與T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7-19、直徑為6mm的合金鋼元在98℃水中淬火時(shí)的冷各段所代表的換熱過程的性質(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1.98105Pa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?根據(jù)公式hC1＝2315.87W/m2K管內(nèi)湍流強(qiáng)制對流5℃℃r2181.8kJ/kg4ttx14sw4227.610668.6102127.2123x14冷卻水進(jìn)出口溫差以提高測定的準(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15℃升高到出口處的K),l958.4kg/m3v=0.5977kg／m3，0.683W/(mK)，p1.754220(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)。解：由已知條件可得，熱流所以115℃℃r2181.8kJ/kg4ttx14sw4227.610668.6102127.2123x14冷卻水進(jìn)出口溫差以提高測定的準(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15℃升高到出口處的K),l958.4kg/m3v=0.5977kg／m3，0.683W/(mK)，p1.754220(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)。解：由已知條件可得，熱流所以111VN~hpAV~V3hVRRehdreRud所以RuRuede7-21、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(tw-)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)Vh~V0.8p~V2NN3V答：大容器飽和沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加10倍．壁面過熱度是原值的2.69倍。圓管內(nèi)湍流強(qiáng)制對流傳熱表面?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7-22直徑為5cm的電加熱銅棒被用來產(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5℃，問需要多長的銅棒才能維持90kg／h的產(chǎn)汽率?解得：q＝40770W/m2，不考慮從過冷水加熱到飽和水所需消耗的熱量，把20kg飽和水變每小時(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。qq2040W/m2023.1010858.91043.10101851.82104。t314314251.20.12517kg/m3r335.01103J/kg17.6103N/m，，，qcr24152.0410366y＝0及y＝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u的分布及其平均值的計(jì)算式(式中可然對流階段。此時(shí)溫差一般小于4℃。由于計(jì)算自然對流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)需要知道其壁面溫度，故本題具有迭代性023.1010858.91043.10101851.82104。t314314251.20.12517kg/m3r335.01103J/kg17.6103N/m，，，qcr24152.0410366y＝0及y＝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u的分布及其平均值的計(jì)算式(式中可然對流階段。此時(shí)溫差一般小于4℃。由于計(jì)算自然對流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)需要知道其壁面溫度，故本題具有迭代性vqlrl)v解：由已知條件可得，熱流密度8000q45882W/m2951kg/m3tl0.685W/(mK)f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：7-25、直徑為30mm的鋼棒(含碳約1.5％)在100℃的飽和水中淬火。在冷卻過程中的某— 2634C/m，負(fù)號表示溫度沿半徑方向減少。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q時(shí)。時(shí)1728.8W/m21定性溫度m2ws℃r2均熱容量45431.71.2301034.516002.257106335106t)5431.71.部熱阻在傳熱過程1d1250.174422ld23.144000.4211004.811dlh3.1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。名師，達(dá)到臨界熱流密度時(shí)，每米長導(dǎo)線上總換熱量I2468.649.7A。7-在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行壓力為1.01N54qqh＝均熱容量45431.71.2301034.516002.257106335106t)5431.71.部熱阻在傳熱過程1d1250.174422ld23.144000.4211004.811dlh3.1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。名師，達(dá)到臨界熱流密度時(shí)，每米長導(dǎo)線上總換熱量I2468.649.7A。7-在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行壓力為1.01N54qqh＝故u14942.8W/m214KNudu％，考慮到自然對流在物性基本不變時(shí)．正確的溫差按下式計(jì)算：t而h1即℃141076W/m2K根據(jù)公式hC2q0.7p0.1590945.7W/m2驗(yàn)證此時(shí)的過熱度℃確實(shí)在核態(tài)沸騰區(qū)。7-27、式(7-17)可以進(jìn)—步簡化成hCq0.67，其中系數(shù)C取決于沸騰液體的種類、壓力及解：把式（6-17）寫成hCq0.67的形式，可得：Cc1c制鋼板的過程中，當(dāng)鋼板離開最后一副軋滾后，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106622891.56W，假設(shè)200塊芯片相互不干擾，則：25106622892001.56200左p另外xg，＜＜1(ru)()g(制鋼板的過程中，當(dāng)鋼板離開最后一副軋滾后，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106622891.56W，假設(shè)200塊芯片相互不干擾，則：25106622892001.56200左p另外xg，＜＜1(ru)()g(，1(ru)g()lv，兩邊乘以r并積分兩次得：，，將這兩個(gè)表達(dá)17kg/m3r335.01103J/kg17.6103N/m，，，qcr24152.0410366Cq0.33106W/m2v886.9kg/m35.16kg/m3C用最小二乘法擬合得C5p0.223，p的單位為bar。而言、用它來估計(jì)q時(shí)最大誤差可達(dá)100％。另外，系數(shù)Cwl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Cwl的取值偏高了20％，試估算熱流密度的計(jì)算值會引起通過具體的計(jì)算來說明。1q12WL21q2q117-29、用直徑為1mm、電阻率1.1106m的導(dǎo)線通過盛水容器作為加熱元件。試確定，在ts=100℃時(shí)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。1R1.1 R R，按Ohm定律，3456,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電阻應(yīng)為多少，設(shè)選定的不銹鋼管的直徑為3mm，長為l00mm。104N/mmaxmax24qmaxmaxU2U2IRR按照ohm定律，R，故該件的電阻11上該壓力下qqmax661.1106＝0.703106W/m2；在壓力為高3.5m，冷凝溫度比壁溫高4.4℃。試問在冷凝器的設(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量(銅管的熱阻可不考虜)。解：本題需要假設(shè)壁溫tw，正確的壁溫值應(yīng)使管內(nèi)與管外的對流換熱量相等。管內(nèi)X104W／m2，硅片的側(cè)面及底面絕熱良好。已知制冷劑c1100J/kgK1619kg/m38.21數(shù)，設(shè)第一個(gè)垂直排中有n1根管子，第二垂直排中有n2根，余類推，則總的平均換熱系數(shù)可表示為：高3.5m，冷凝溫度比壁溫高4.4℃。試問在冷凝器的設(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量(銅管的熱阻可不考虜)。解：本題需要假設(shè)壁溫tw，正確的壁溫值應(yīng)使管內(nèi)與管外的對流換熱量相等。管內(nèi)X104W／m2，硅片的側(cè)面及底面絕熱良好。已知制冷劑c1100J/kgK1619kg/m38.21數(shù)，設(shè)第一個(gè)垂直排中有n1根管子，第二垂直排中有n2根，余類推，則總的平均換熱系數(shù)可表示為：mnnz。兩種情形下月球的qmax均為地球上相應(yīng)情形下的141h0wbvmax24max24161167-32、在一氨蒸發(fā)器中，氨液在—組水平管外沸騰，沸騰溫度為-20℃。假設(shè)可以把這—沸騰過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。qmaxq103147-33、—直徑為5cm、長10cm的鋼柱體從溫度為1100℃的加熱爐中取出后，被水平地置換熱量及工件的平均溫度下降率。鋼的密度7790kg/m3得296.77W/(m2.K)11TTwb11故1)大容器飽和沸騰h~t2.33thth2..33102..332.69(2)管內(nèi)湍流V17.78ht之值應(yīng)滿足：801.51062430.91031600h，即，779346.5Lt，兩式聯(lián)立得10144.11031.26201.11062.1441069.8（926.11.967）解得：q＝40有：bd1,332a2a2d,2a910a,d23bc2a120，，如取a1,則得由此解d得：12，1)大容器飽和沸騰h~t2.33thth2..33102..332.69(2)管內(nèi)湍流V17.78ht之值應(yīng)滿足：801.51062430.91031600h，即，779346.5Lt，兩式聯(lián)立得10144.11031.26201.11062.1441069.8（926.11.967）解得：q＝40有：bd1,332a2a2d,2a910a,d23bc2a120，，如取a1,則得由此解d得：12，hwb解：氣泡內(nèi)介質(zhì)與周圍流體達(dá)到熱平衡時(shí)，有v1s，即要使氣泡長大，應(yīng)使2T 1650kg/m3c6103N/mvvvws14TT7-35、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2TT2TsTTv，v7-36、—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面的溫度t0=15℃(采用其他冷卻劑對其進(jìn)行冷卻而得以維持)，每個(gè)冷凝表面高45mm。試入得：1l（2） 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dp3dx。7-4、已知：有儀銅-水熱管，外徑di＝25mm，內(nèi)徑do＝21mm;蒸發(fā)段長0.4m，器管束的熱負(fù)荷。名師整理優(yōu)秀資源990.3kgm3，u606.52382.7uL（t-t）kg，設(shè)流面面積(m2)。q解：（1）按Rohsenow公式q6.851041.05入得：r1105g()12.5559203.9859204W/(m2K),t6.67℃，dp3dx。7-4、已知：有儀銅-水熱管，外徑di＝25mm，內(nèi)徑do＝21mm;蒸發(fā)段長0.4m，器管束的熱負(fù)荷。名師整理優(yōu)秀資源990.3kgm3，u606.52382.7uL（t-t）kg，設(shè)流面面積(m2)。q解：（1）按Rohsenow公式q6.851041.05入得：r1105g()12.5559203.9859204W/(m2K),t6.67℃，tw56.7℃。按40℃計(jì)算凝結(jié)換熱：Re4994W/(m2設(shè)wm22量vc解：本題需要假設(shè)壁溫tw，正確的壁溫值應(yīng)使管內(nèi)與管外的對流換熱量相等。36332K)；10552W/(m2K)hAtn與1之差大于3n與1之差小于2取冷凝6992G2.8776992W水不銹鋼制成一熱虹吸管，d＝20mm、lb20mml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。105W/m219.6KW。t//200℃，t＝240℃，4.34102WmKt//10,t69℃11。38106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。鋼的密度發(fā)射率0.87790kg1.61076W/m2K(2)當(dāng)100W時(shí)，假定進(jìn)入核態(tài)沸騰區(qū)，p根據(jù)公式hC2q0.7p0.1510～(1/L)14，hn19.6KW。t//200℃，t＝240℃，4.34102WmKt//10,t69℃11。38106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。鋼的密度發(fā)射率0.87790kg1.61076W/m2K(2)當(dāng)100W時(shí)，假定進(jìn)入核態(tài)沸騰區(qū)，p根據(jù)公式hC2q0.7p0.1510～(1/L)14，hn～1/L/(n1)14，14，,16,n16115，設(shè)需把直管等分為幾段才能wwhwc1wct1d24143.511102W1 這一溫度與假定值相差太大，影響到物性計(jì)算，重設(shè)twc85℃，計(jì)算液膜的定性溫度為20.681W/(mK)l7-39、為了查明某種肋片管的對流換熱性能，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)來加熱管外氣流。在—次試驗(yàn)中測得以下參數(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。17.95250℃，0.59GrPr1434.0,輻射換熱按空腔內(nèi)包物體模型估計(jì)，設(shè)翅片表面AT4T/m3，比熱容c470J/kgK，t解：工件置于水容器得瞬間形成了穩(wěn)定得態(tài)沸騰，m得1100100202157.93W3.140.03L，，1146.29.8153.041030.0753431.13及換熱系數(shù)之值如下表示：名師整理優(yōu)秀資源7-飽和溫度為30℃的氨蒸汽在立式冷凝器中凝結(jié)。冷凝器中管束417.95250℃，0.59GrPr1434.0,輻射換熱按空腔內(nèi)包物體模型估計(jì)，設(shè)翅片表面AT4T/m3，比熱容c470J/kgK，t解：工件置于水容器得瞬間形成了穩(wěn)定得態(tài)沸騰，m得1100100202157.93W3.140.03L，，1146.29.8153.041030.0753431.13及換熱系數(shù)之值如下表示：名師整理優(yōu)秀資源7-飽和溫度為30℃的氨蒸汽在立式冷凝器中凝結(jié)。冷凝器中管束43Nun3nnq2100每根管子的凝結(jié)換熱量為5420W43t℃，略去壁面熱阻不計(jì)，則外壁平均值亦為此值，326W/m2K行了專門的凝結(jié)換熱的試驗(yàn)研究。該冷凝器試驗(yàn)臺系用兩根布置在同一水平面內(nèi)的黃銅管組串聯(lián)的。冷卻水由入口處的15℃升高到出口處的17℃。黃銅管的外徑為20mm、管壁厚為側(cè)按總面積計(jì)算的相對熱阻的大小。2963.6kg/m3C0.10105W/(mK)設(shè)一個(gè)流速水側(cè)換熱量l外側(cè)熱流密度qn外側(cè)hn外側(cè)溫度twh外側(cè)：dLhphp1444ndq/hndq/hp1p4cnnht4l13372W/m2144.11031.26201.11062.1441069.8（926.11.967）解得：q＝4056106m2/s，1.50.02810.028t25.5℃，847.11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-平均壓力為144.11031.26201.11062.1441069.8（926.11.967）解得：q＝4056106m2/s，1.50.02810.028t25.5℃，847.11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-平均壓力為1.98105Pa的1.0131050.15＝8894.5W/m2K驗(yàn)證此時(shí)的過熱度90945.78894.510.2℃no4087W/(m2K)p液膜平均溫度mnhlottlhAt20058W/m2h2118W/(m25653W/(m2K)K)2573WK)2503WlK)2540W2536W2553Wlqq2032520192W/m2h2109W5713W/(m2K)hh2114W/(m25683W/(m2K)7-41—根外徑為25mm、外壁平均壁溫為14℃的水平管道，穿過室溫為30℃、相對濕度為80％的房間。在管壁外表面上水蒸氣作膜狀凝結(jié)，試估算管子每米長度上水蒸氣的凝結(jié)量，解：相對濕度為80％，因而從凝結(jié)觀點(diǎn)有20％的不凝結(jié)氣體即空氣。先按純凈蒸氣凝結(jié)來此時(shí)水蒸氣分壓力p0.8ps112℃表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1l1==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8ehd0.023P0.4r2315.870.0150.0231.470.40.6861887.2456104mm名師整理優(yōu)秀資源x4101mm；2.046101mm。7-當(dāng)把一杯水倒在一塊赤熱的鐵板面積為25mm2的集成電路塊浸入一，r1.05105J/kg，Cwl0.004，s1.7，集成電路塊式對作積分，并利用t)，0的條件，得。此式表明液厚度與T成正比。容器側(cè)壁絕熱使本題可以按一維無限大平37.76kg/m38ehd0.023P0.4r2315.870.0150.0231.470.40.6861887.2456104mm名師整理優(yōu)秀資源x4101mm；2.046101mm。7-當(dāng)把一杯水倒在一塊赤熱的鐵板面積為25mm2的集成電路塊浸入一，r1.05105J/kg，Cwl0.004，s1.7，集成電路塊式對作積分，并利用t)，0的條件，得。此式表明液厚度與T成正比。容器側(cè)壁絕熱使本題可以按一維無限大平37.76kg/m311qq1394.8kW/m237.76kg/m3R134a，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／m。66.57kg/m3解：設(shè)處于核態(tài)沸騰狀態(tài)，利用Rohsenow公式，v，vh11915/52383W/(m2K)m71.837-43、在一臺氟里昂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臨界熱流密MMpp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。解：ts=100℃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2lg0.40.1995，h903948220.671020.50.3240.19950.48950mm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產(chǎn)生蒸汽，試計(jì)算氣壓下沸騰時(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。解：ts=100℃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2lg0.40.1995，h903948220.671020.50.3240.19950.48950mm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產(chǎn)生蒸汽，試計(jì)算34q1（2）LhwL,qt7-45、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15℃,出水溫度為45℃，芯片所產(chǎn)生的熱量均通過尺寸為100mmX100mm的沸騰換熱表 5563qA105pq t234qdL的表面溫度tw＝70℃。冷凝表面的溫度t0=15℃(采用其他冷卻劑對其進(jìn)行冷卻而得以維持)，每個(gè)冷凝.88610221.721103431.8510431.851043.10104888.610421257.1103Ja4220102257.1r=＝53.5J，c4220，rtw)代表了汽化潛熱與液視，其中零重力下的凝結(jié)與沸騰是一個(gè)重要的課題。對于管內(nèi)強(qiáng)制對流凝結(jié)，在零重力下可以認(rèn)為液膜均勻地分布ww1的表面溫度tw＝70℃。冷凝表面的溫度t0=15℃(采用其他冷卻劑對其進(jìn)行冷卻而得以維持)，每個(gè)冷凝.88610221.721103431.8510431.851043.10104888.610421257.1103Ja4220102257.1r=＝53.5J，c4220，rtw)代表了汽化潛熱與液視，其中零重力下的凝結(jié)與沸騰是一個(gè)重要的課題。對于管內(nèi)強(qiáng)制對流凝結(jié)，在零重力下可以認(rèn)為液膜均勻地分布ww1 wwwwww1133W/(m2K)0o沸騰表面平均溫度twb冷卻水量qm5.391利用D-B公式計(jì)算hl：104322LLw0.725440106001(tt)14w10w110；r=400W(m·K))，在x1＝10mm及x2＝25mm處安置了兩個(gè)熱電偶以測定該處的溫度。柱體果其它條件不變，但改為與水平方向成30°角，則h為原來的1=0.872=87.2，因而凝結(jié)量亦將是現(xiàn)K)Pr估計(jì)熱阻之比約為1：25，氟側(cè)溫差10℃，tw20℃，tm899.0kg/m3C1809.5m2K)，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： rhttht964010319.4(Lt)14(Lt)14，7-1設(shè)習(xí)題7-14中飽和水蒸汽的飽和壓力為1.013X105P ww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=0.872=87.2，因而凝結(jié)量亦將是現(xiàn)K)Pr估計(jì)熱阻之比約為1：25，氟側(cè)溫差10℃，tw20℃，tm899.0kg/m3C1809.5m2K)，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： rhttht964010319.4(Lt)14(Lt)14，7-1設(shè)習(xí)題7-14中飽和水蒸汽的飽和壓力為1.013X105P wwqphPmrC，芯片底面上的電路產(chǎn)生的功率在硅vq4006.66105Wh,ww，ww，ww，39135W/(m2K)0.683W/(mK)C3913590q0.67M0.5，MP0.5PP0.5Pmr221MPa39135W/(m2K)mm7-47、一塊厚2.5mm的硅芯片用飽和溫度為P,P135W/mK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1619kg/m313.5kg/m3底面上的電路可近似地看成厚0.05mm得條件，從汽－液分界面上釋放出得汽化潛熱均通過d液得導(dǎo)熱而傳到底面上的，于是有：ld其中為時(shí)間，將此℃。lt30.941515.94，u943.3106kg/(ms)℃，h0.725943.3106061920.05353440106001(tt)2086.4(57t)14，14，31.221(5740.020.450000,41R563.19104KW,d0d。內(nèi)部熱阻＝23456142.49K得條件，從汽－液分界面上釋放出得汽化潛熱均通過d液得導(dǎo)熱而傳到底面上的，于是有：ld其中為時(shí)間，將此℃。lt30.941515.94，u943.3106kg/(ms)℃，h0.725943.3106061920.05353440106001(tt)2086.4(57t)14，14，31.221(5740.020.450000,41R563.19104KW,d0d。內(nèi)部熱阻＝23456142.49Kx2201 由通過芯片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱確定t1：0.005135tt1w5.5104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： 021c122 軸向流速u的分布及其平均值的計(jì)算式(式中可包含壓力梯度及界面切應(yīng)力)。質(zhì)量守恒：u2u 0dy20（a）（b）（c1dpy2顯熱降之比;進(jìn)rJ一步一般化可寫為p結(jié)、沸騰、熔化、凝固等都可以用得上）。t開x＝0處為0.1m、0t)14，101.883lnt35wt45w(57t)1457t，經(jīng)試湊計(jì)算，得tw45.5℃。t11)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)所需冷卻水管的長度。對稱的條件．導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)下適合本例的動(dòng)量方程：2ur21urrlvg0顯熱降之比;進(jìn)rJ一步一般化可寫為p結(jié)、沸騰、熔化、凝固等都可以用得上）。t開x＝0處為0.1m、0t)14，101.883lnt35wt45w(57t)1457t，經(jīng)試湊計(jì)算，得tw45.5℃。t11)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)所需冷卻水管的長度。對稱的條件．導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)下適合本例的動(dòng)量方程：2ur21urrlvg0進(jìn)一步，利用兩個(gè)邊界條件，導(dǎo)出截面 2h＝5000W（m2K）W（m2K）RRRRRR R3c1 l7-49、、已知：有儀銅-水熱管，外徑di＝25mm，內(nèi)徑do＝21mm;蒸發(fā)段長0.4m，發(fā)與凝結(jié)得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為e、hch6000W（m2K）與冷凝段的管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為90。試計(jì)算該熱管的內(nèi)部熱阻在傳熱過程0,41R563.19104KW,d0d142.49KW1R3538.6R2RRRR7217.9KRRR1104KW,27-50、一尺寸為10mm×10mm、發(fā)熱量為100W的大規(guī)模集成電路，其表面最高允許溫度不能高于75度，環(huán)境溫度為25度，試設(shè)計(jì)一能采用自然對流來冷卻該電子元件的熱解：可采用下圖冷卻裝置。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/(kgK)，l，tt15.3t10015.384.7℃?？梢妼wc的影響不大。551.1（3）冷左p另外xg，＜＜1(ru)()g(，1(ru)g()lv，兩邊乘以r并積分兩次得：，，將這兩個(gè)表達(dá)排內(nèi)的平均管排數(shù)為20，管壁溫度為15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/(kgK)，l，tt15.3t10015.384.7℃。可見對twc的影響不大。551.1（3）冷左p另外xg，＜＜1(ru)()g(，1(ru)g()lv，兩邊乘以r并積分兩次得：，，將這兩個(gè)表達(dá)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)管束的設(shè)22m1bp21m1323hc6.42Wm2Kc輻射換熱按空腔內(nèi)包物體模型估計(jì)，設(shè)翅片表面cr，考慮到輻射計(jì)算中未計(jì)算翅片間的輻射，因而上述結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為能滿足在自然對流情況下散發(fā)100W熱量的要求。解：按逆流計(jì)算。溫度t30℃，熱管外徑為40mm，壁厚1.5mm。蒸發(fā)段與冷凝段各長1m。管子采用叉動(dòng)截面上的流速均為10ms。試確定t。對換熱表面上無結(jié)垢及有結(jié)垢（污垢熱阻為RA＝0.0004m2KW）的情形分別進(jìn)行計(jì)算。熱管換熱器的兩端各置于截面尺寸為1000mm×1200mm的方形通道內(nèi)。煙、空氣壓力均可按1各物理大氣壓計(jì)算。319.6KW4.34102WmKW1R3538.613.140.0350.4901.73675.8563.191.736104104間平均溫差的方法。解：按逆流計(jì)算。7-5有一臺煙氣-空氣換熱器如圖所示。已知煙氣進(jìn)口溫度t＝280℃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)m，長為l00mm。2257.1103J/kg，104N/m阻應(yīng)為466.7。0.5977kg/m31mph0Regd2d1d2d1mW1R3538.613.140.0350.4901.73675.8563.191.736104104間平均溫差的方法。解：按逆流計(jì)算。7-5有一臺煙氣-空氣換熱器如圖所示。已知煙氣進(jìn)口溫度t＝280℃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)m，長為l00mm。2257.1103J/kg，104N/m阻應(yīng)為466.7。0.5977kg/m31mph0Regd2d1d2d1mRe＝1062108611再取319600292.7Wm2K89.6Wm2K,Rf1Ah00 11A11A1 AhAhAh11t