傳熱學(xué)第四版課后習(xí)題答案(楊世銘陶文銓)2

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁第五章復(fù)習(xí)題1、試用簡明的語言說明熱邊界層的概念。答：在壁面附近的一個(gè)薄層內(nèi)，流體溫度在壁面的法線方向上發(fā)生強(qiáng)烈變化，而在此薄層之外，流體的溫度梯度幾乎為零，固體表面附近流體溫度發(fā)生強(qiáng)烈變化的這一薄層稱為溫度邊界層或熱邊界層。2、與徹低的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點(diǎn)是什么？答：與徹低的能量方程相比，它忽略了主流方向溫度的次變化率，因此僅適用于邊界層內(nèi)，不適用囫圇流體。3、式（5—4）與導(dǎo)熱問題的第三類邊界條件式（2—17）有什么區(qū)別？答：（5—4）（2—11）式（5—4）中的h是未知量，而式（2—17）中的h是作為已知的邊界條件給出，此外（2—17）中的為固體導(dǎo)熱系數(shù)而此式為流體導(dǎo)熱系數(shù)，式（5—4）將用來導(dǎo)出一個(gè)包括h的無量綱數(shù)，只是局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而囫圇換熱表面的表面系數(shù)應(yīng)該把牛頓冷卻公式應(yīng)用到囫圇表面而得出。4、式（5—4）表面，在邊界上垂直壁面的熱量傳遞徹低依賴導(dǎo)熱，那么在對(duì)流換熱中，流體的流動(dòng)起什么作用？答：固體表面所形成的邊界層的厚度除了與流體的粘性有關(guān)外還與主流區(qū)的速度有關(guān)，流動(dòng)速度越大，邊界層越薄，因此導(dǎo)熱的熱阻也就越小，因此起到影響傳熱大小5、對(duì)流換熱問題殘破的數(shù)字描述應(yīng)包括什么內(nèi)容？既然對(duì)大多數(shù)實(shí)際對(duì)流傳熱問題尚無法求得其確切解，那么建立對(duì)流換熱問題的數(shù)字描述有什么意義？答：對(duì)流換熱問題殘破的數(shù)字描述應(yīng)包括：對(duì)流換熱微分方程組及定解條件，定解條件包括，（1）初始條件（2）邊界條件（速度、壓力及溫度）建立對(duì)流換熱問題的數(shù)字描述目的在于找出影響對(duì)流換熱中各物理量之間的互相制約關(guān)系，每一種關(guān)系都必須滿意動(dòng)量，能量和質(zhì)量守恒關(guān)系，避免在研究遺漏某種物理因素?；靖拍钆c定性分析5-1、對(duì)于流體外標(biāo)平板的流動(dòng)，試用數(shù)量級(jí)分析的主意，從動(dòng)量方程引出邊界層厚度的如下變化關(guān)系式：解：對(duì)于流體外標(biāo)平板的流動(dòng)，其動(dòng)量方程為：按照數(shù)量級(jí)的關(guān)系，主流方的數(shù)量級(jí)為1，y方線的數(shù)量級(jí)為則有從上式可以看出等式左側(cè)的數(shù)量級(jí)為1級(jí)，那么，等式右側(cè)也是數(shù)量級(jí)為1級(jí)，為使等式是數(shù)量級(jí)為1，則必須是量級(jí)。從量級(jí)看為級(jí)量級(jí)兩量的數(shù)量級(jí)相同，所以與成比例5-2、對(duì)于油、空氣及液態(tài)金屬，分離有，，，試就外標(biāo)等溫平板的層流流動(dòng)，畫出三種流體邊界層中速度分布和溫度分布的大致圖象（要能顯示出的相對(duì)大?。?。解：如下圖：5-3、已知：如圖，流體在兩平行平板間作層流充足發(fā)展對(duì)流換熱。求：畫出下列三種情形下充足發(fā)展區(qū)域截面上的流體溫度分布曲線：（1）；（2）；（3）。解：如下圖形：5-4、已知：某一電子器件的外殼可以簡化成如圖所示形狀。。求：定性地畫出空腔截面上空氣流動(dòng)的圖像。解：5-5、已知：輸送大電流的導(dǎo)線稱為母線，一種母線的截面形狀如圖所示，內(nèi)管為導(dǎo)體，其中通以大電流，外管起保護(hù)導(dǎo)體的作用。設(shè)母線水平走向，內(nèi)外管間彌漫空氣。求：分析內(nèi)管中所產(chǎn)生的熱量是怎樣散失到周圍環(huán)境的。并定性地畫出截面上空氣流動(dòng)的圖像。解：散熱方式：（1）環(huán)形空間中的空氣天然對(duì)流（2）內(nèi)環(huán)與外環(huán)表面間的輻射換熱。5-6、已知：如圖，高速翱翔部件中廣泛采用的鈍體是一個(gè)軸對(duì)稱的物體。求：畫出鈍體表面上沿x方向的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大致圖像，并分析滯止點(diǎn)s附近邊界層流動(dòng)的狀態(tài)。（層流或湍流）。解：在外掠鈍體的對(duì)流換熱中，滯止點(diǎn)處的換熱強(qiáng)度是很高的。該處的流動(dòng)幾乎總處層流狀態(tài)，對(duì)流換熱的強(qiáng)烈程度隨離開滯止點(diǎn)距離的增強(qiáng)而下降。5-7．溫度為80℃的平板置于來流溫度為20℃的氣流中．假設(shè)平板表面中某點(diǎn)在垂直于壁面方向的溫度梯度為40邊界層概念及分析5-8、已知：介質(zhì)為25℃的空氣、水及14號(hào)潤滑油，外掠平板邊界層的流動(dòng)由層流改變?yōu)橥牧鞯撵`界雷諾數(shù)，。求：以上三種介質(zhì)達(dá)到時(shí)所需的平板長度。解：（1）25℃的空氣=15.53=x=7.765m（2）25℃的水x=0.45275m（3）14號(hào)潤滑油x=156.85m5-9、已知：20℃的水以2m/s求：計(jì)算離開平板前緣10cm及20cm處的流動(dòng)邊界層厚度及兩截面上邊界層內(nèi)流體的質(zhì)量流量（以垂直于流動(dòng)方向的單位寬度計(jì)）。解：20℃的水（1）x=10cm=0.1m=19880.72小于過渡雷諾數(shù).按（5—22）設(shè)==998.22=1.298（2）x=20cm=0.2m=39761.43（為盡流）m5-10、已知：如圖，兩無限大平板之間的流體，因?yàn)樯习暹\(yùn)動(dòng)而引起的層流粘性流動(dòng)稱為庫埃流。不計(jì)流體中因?yàn)檎承远鸬臋C(jī)械能向熱能的轉(zhuǎn)換。求：流體的速度與溫度分布。解：（1）動(dòng)量方程式簡化為，y=0,u=0,y=H,，為上板速度。平行平板間的流動(dòng)。積分兩次并代入邊界條件得。（2）不計(jì)及因?yàn)檎承远饳C(jī)械能向熱能的轉(zhuǎn)換，能量方程為：,對(duì)于所研究的情形，，，因而得，y=0,,y=H,,由此得。5-11、已知：如圖，外掠平板的邊界層的動(dòng)量方程式為：。求：沿y方向作積分（從y=0到）導(dǎo)出邊界層的動(dòng)量積分方程。解：任一截面做y=0到的積分按照邊界層概念y>故在該處則有…（1）其中由延續(xù)行方程可得所以…..（2）又因?yàn)椤?（3）（1）（2）代入（3）故邊界層的動(dòng)量積分方程為5-12、已知：、100℃的空氣以v=100m/s的速度流過一塊平板，平板溫度為30℃。求：離開平板前緣3cm及6cm處邊界層上的法向速度、流動(dòng)邊界層及熱邊界層厚度、局部切應(yīng)力和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、平均阻力系數(shù)和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：定性溫度℃,，，。（1）處，動(dòng)量邊界層厚度比擬理論5-13．來流溫度為20℃、速度為4m/s空氣沿著平板流動(dòng)，在距離前沿點(diǎn)為2m處的局部切應(yīng)力為多大？倘若平板溫度為505-14．實(shí)驗(yàn)測得一置于水中的平板某點(diǎn)的切應(yīng)力為1.5Pa．倘若水溫與平板溫度分離為15℃與605-15．溫度為160℃、流速為4m/s的空氣流過溫度為30℃的平板．在離開前沿點(diǎn)為2m處測得局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為149．試計(jì)算該處的之值．5-16、已知：將一塊尺寸為的薄平板平行地置于由風(fēng)洞造成的勻稱氣體流場中。在氣流速度的情況下用測力儀測得，要使平板維持在氣流中需對(duì)它施加0.075N的力。此時(shí)氣流溫度℃，平板兩平面的溫度℃。氣體壓力為。求：試據(jù)比擬理論決定平板兩個(gè)表面的對(duì)流換熱量。解：，邊界層中空氣定性溫度為70℃，物性：利用Chilton-Colburn比擬：。這說明Chilton-Colburn比擬對(duì)層流運(yùn)動(dòng)也是適用的，即適用于平均值也適用于局部值。工程應(yīng)用5-17．一飛機(jī)在10000m高空翱翔，時(shí)速為600km/h．該處溫度為-40℃5-18．將一條長度為原型1/4的潛水艇模型放在一閉式風(fēng)洞中舉行阻力實(shí)驗(yàn)．潛水艇水下的最大航速為16m/s，風(fēng)洞內(nèi)氣體的壓力為，模型長3m，使決定實(shí)驗(yàn)時(shí)最大的風(fēng)速應(yīng)為多少？潛水艇在水下工作，風(fēng)洞中的阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否用于水下工作的潛水艇？5-19．一火車以25m/s的速度前進(jìn)，受到140N的切應(yīng)力．它由1節(jié)機(jī)車及11節(jié)客車車廂組成．將每節(jié)車廂都看成是由四個(gè)平板所組成，車廂的尺寸為9m（長）（寬）．不計(jì)各節(jié)車廂間的間隙，車外空氣溫度為35℃，車廂外表面溫度為20℃5-20．在一熱處理工程中將一塊尺寸為平板置于30℃的空氣氣流中，空氣流速為1.2m/s．作用在平板一側(cè)的切應(yīng)力為0.14N．試預(yù)計(jì)當(dāng)該金屬板的溫度為200℃小論文題目5-21．夏天，常常將飲料容器置于冰水中來冷卻飲料．為了加速冷卻，有人提出了這樣一個(gè)專利（見附圖）：將飲料殼體（例如易拉罐）繞其軸線在冰水中做轉(zhuǎn)動(dòng)．倘若能實(shí)現(xiàn)飲料瓶或易拉罐繞其軸線的純轉(zhuǎn)動(dòng)，試從對(duì)流傳熱基本方程出發(fā)，分析這樣的主意能否加速飲料的冷卻？第六章復(fù)習(xí)題1、什么叫做兩個(gè)現(xiàn)象相似，它們有什么個(gè)性？答：指那些用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描述的現(xiàn)象，倘若在相應(yīng)的時(shí)刻與相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)于成比例，則稱為兩個(gè)現(xiàn)象相似。凡相似的現(xiàn)象，都有一個(gè)十分重要的特性，即描述該現(xiàn)象的同名特征數(shù)（準(zhǔn)則）對(duì)應(yīng)相等。初始條件。指非穩(wěn)態(tài)問題中初始時(shí)刻的物理量分布。邊界條件。所研究系統(tǒng)邊界上的溫度（或熱六密度）、速度分布等條件。幾何條件。換熱表面的幾何形狀、位置、以及表面的粗糙度等。物理?xiàng)l件。物體的種類與物性。2．試舉出工程技術(shù)中應(yīng)用相似原理的兩個(gè)例子．3．當(dāng)一個(gè)由若干個(gè)物理量所組成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)目較少的無量綱以后，這個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的性質(zhì)起了什么變化？4．外掠單管與管內(nèi)流動(dòng)這兩個(gè)流動(dòng)現(xiàn)象在本質(zhì)上有什么不同？5、對(duì)于外接管束的換熱，囫圇管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)惟獨(dú)在流動(dòng)方向管排數(shù)大于一定值后才與排數(shù)無關(guān)，試分析緣故。答：因后排管受到前排管尾流的影響（擾動(dòng)）作用對(duì)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響直到10排管子以上的管子才干出現(xiàn)。6、試簡述充足發(fā)展的管內(nèi)流動(dòng)與換熱這一概念的含義。答：因?yàn)榱黧w由大空間進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，管內(nèi)形成的邊界層由零開始發(fā)展直到管子的中央線位置，這種影響才不發(fā)生變法，同樣在此時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)才不受局部對(duì)流換熱系數(shù)的影響。7、什么叫大空間天然對(duì)流換熱？什么叫有限天然對(duì)流換熱？這與強(qiáng)制對(duì)流中的外部流動(dòng)和內(nèi)部流動(dòng)有什么異同？答：大空間作天然對(duì)流時(shí)，流體的冷卻過程與加熱過程互不影響，當(dāng)其流動(dòng)時(shí)形成的邊界層互相干擾時(shí)，稱為有限空間天然對(duì)流。這與外部流動(dòng)和內(nèi)部流動(dòng)的劃分有類似的地方，但流動(dòng)的動(dòng)因不同，一個(gè)由外在因素引起的流動(dòng)，一個(gè)是由流體的溫度不同而引起的流動(dòng)。8．簡述射流沖擊傳熱時(shí)被沖擊表面上局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的分布邏輯．9．簡述的物理意義．?dāng)?shù)有什么區(qū)別？10．對(duì)于新碰到的一種對(duì)流傳熱現(xiàn)象，在從參考資料中尋找換熱的特征數(shù)方程時(shí)要注重什么？相似原理與量綱分析6－1、在一臺(tái)縮小成為實(shí)物1/8的模型中，用200C的空氣來模擬實(shí)物中平均溫度為2000C空氣的加熱過程。實(shí)物中空氣的平均流速為6.03m/s，問模型中的流速應(yīng)為若干？若模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為195W/(m26－2、對(duì)于恒壁溫邊界條件的天然對(duì)流，試用量綱分析主意導(dǎo)出：。提醒：在天然對(duì)流換熱中起相當(dāng)于強(qiáng)制對(duì)流中流速的作用。6－3、試用量綱分析法證實(shí)，恒壁溫情況下導(dǎo)出的的關(guān)系式對(duì)于恒熱流邊界條件也是合適的，只是此時(shí)數(shù)應(yīng)定義為。證實(shí)：在習(xí)題18的分析中以q代替（因?yàn)榇藭r(shí)熱流密度已知，而中的壁溫為未知），則有，仍以為基本變量，則有：；，，，得；。6－4、已知：對(duì)于常物性流體橫向掠過管束時(shí)的對(duì)流換熱，當(dāng)流動(dòng)方向上的排數(shù)大于10時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h取決于下列因素：流體速度u；流體物性；幾何參數(shù)。求：試用量綱分析法證實(shí)，此時(shí)的對(duì)流換熱關(guān)系式可以收拾為：解：基本物理量有h、u、、、、、d、、、共九個(gè)，基本量綱有4個(gè)（時(shí)光T、長度L、質(zhì)量M、溫度Q），n=9，=7。方程有五組，選取為基本物理量，得：上式等號(hào)左邊為無量綱量，因此等號(hào)右邊各量綱的指數(shù)必為零（量綱和睦原理），故得：因而得：因此的關(guān)系式可轉(zhuǎn)化為：6－5、已知：有人曾經(jīng)給出下列流體外掠正方形柱體（其一面與來流方向垂直）的換熱數(shù)據(jù)：NuRePr4150002.2125200003.9117410000.7202900000.7求：采用的關(guān)系式來收拾數(shù)據(jù)并取m=1/3，試決定其中的常數(shù)C與指數(shù)n在上述Re及Pr的范圍內(nèi)，當(dāng)方形柱體的截面向角線與來流方向平行時(shí)，可否用此式舉行計(jì)算，為什么？解：由有按如實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有：成線性關(guān)系1.623.6990.11411.50593.6992.09694.30100.19701.89994.3012.06814.6128-0.0522.12014.61282.30544.9542-0.0522.35744.9542為直線在縱坐標(biāo)上的截距。不能將上述關(guān)聯(lián)式用于截面向角線與來流平行的情形，因?yàn)閮煞N情形下流動(dòng)方向與物體的相對(duì)位置不同。6－6、已知：如圖，有人通過實(shí)驗(yàn)得了下列數(shù)據(jù)：，，，。設(shè)。特征長度為。求：對(duì)于形狀相似但的柱體試決定當(dāng)空氣流速為15m/s及20m/s時(shí)的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。四種情形下定性溫度之值均相同。解：(1)(2)(3)(4)。，對(duì)四種情況，均相同，由1、2兩情形得：，由此得：，m=0.766。由（3）得：，與（1）相除得：；由（4）得：，與（1）相除得：，。管槽內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱6－7、已知：（1）邊長為及b的矩形通道：（2）同（1），但；（3）環(huán)形通道，內(nèi)管外徑為d，外管內(nèi)徑為D；（4）在一個(gè)內(nèi)徑為D的圓形筒體內(nèi)布置了n根外徑為d的圓管，流體在圓管外作縱向流動(dòng)。求：四種情形下的當(dāng)量直徑。解：6－8、已知：一常物性的流體同時(shí)流過溫度與之不同的兩根直管1與2，且，流動(dòng)與換熱已處于湍流充足發(fā)展區(qū)域。求：下列兩種情形下兩管內(nèi)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對(duì)大小：（1）流體以同樣流速流過兩管：（2）流體以同樣的質(zhì)量流量流過兩管。解：設(shè)流體是被加熱的，則以式（5-54）為基礎(chǔ)來分析時(shí)，有：，對(duì)一種情形，，故：。若流體被冷卻，因Pr數(shù)不進(jìn)入h之比的表達(dá)式，上述分析仍有效。6－9、已知：變壓器油，。在內(nèi)徑為30mm的管子內(nèi)冷卻，管子長2m，流量為0.313kg/s。求：試判斷流動(dòng)狀態(tài)及換熱是否已進(jìn)入充足發(fā)展區(qū)。解：，流動(dòng)為層流。按式（5-52）給出的關(guān)系式，，而，所以流動(dòng)與換熱處于入口段區(qū)域。6-10．發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)從空氣改為氫氣厚可以提高冷卻效率，試對(duì)氫氣與空氣的冷卻效果舉行比較．比較的條件是：管道內(nèi)湍流對(duì)流傳熱，通道幾個(gè)尺寸，流速均相同，定性溫度為50℃，氣體均處于常壓下，不考慮溫差修正．50℃氫氣的物性數(shù)據(jù)如下：6－11、已知：平均溫度為100℃、壓力為120kPa的空氣，以1.5m/s的流速流經(jīng)內(nèi)徑為25mm電加熱管子。勻稱熱流邊界條件下在管內(nèi)層流充足發(fā)展對(duì)流換熱區(qū)Nu=4.36求：預(yù)計(jì)在換熱充足發(fā)展區(qū)的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：空氣密度按理想氣體公式計(jì)算，空氣的與壓力關(guān)系甚小，仍可按一物理大氣壓下之值取用，100℃故為層流。按給定條件得：。6－12、已知：向來管內(nèi)徑為2.5cm、長15m，水的質(zhì)量流量為0.5kg/s，入口水溫為10℃，管子除了入口處很短的一段距離外，其余部分每個(gè)截面上的壁溫都比當(dāng)?shù)仄骄疁馗?5求：水的出口溫度。并判斷此時(shí)的熱邊界條件。解：假使出口水溫℃，則定性溫度℃，水的物性參數(shù)為。。因℃，不考慮溫差修正，則，,。另一方面，由水的進(jìn)口焓，出口，得熱量。，需重新假設(shè)，直到與相符合為止（在允許誤差范圍內(nèi)）。經(jīng)過計(jì)算得℃，。這是勻稱熱流的邊界條件。6－13、已知：向來管內(nèi)徑為16cm，流體流速為1.5m/s，平均溫度為10℃，換熱進(jìn)入充足發(fā)展階段。管壁平均溫度與液體平均溫度的差值小于10求：試比較當(dāng)流體分離為氟利昂134a及水時(shí)對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對(duì)大小。解：由附錄10及13，10℃下水及R134a的物性參數(shù)各為：R134a：；水：；對(duì)R134a：對(duì)水：對(duì)此情形，R134a的對(duì)流換熱系數(shù)僅為水的38.2%。6－14、已知：下的空氣在內(nèi)徑為76mm的直管內(nèi)流動(dòng)，入口溫度為65℃，入口體積流量為，管壁的平均溫度為180℃。求：管子多長才干使空氣加熱到115℃解：定性溫度℃，相應(yīng)的物性值為：在入口溫度下，，故進(jìn)口質(zhì)量流量：，，先按計(jì)，空氣在115℃時(shí)，，65℃時(shí)，。故加熱空氣所需熱量為：采用教材P165上所給的大溫差修正關(guān)系式：。所需管長：，需舉行短管修正。采用式（5-64）的關(guān)系式：，所需管長為2.96/1.0775=2.75m。6－15、已知：14號(hào)潤滑油，平均溫度為40℃，流過壁溫為80℃，長為1。5m、內(nèi)徑為22.1mm的直管，流量為800kg/h。80℃求：油與壁面間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及換熱量。解：40℃時(shí)14號(hào)潤滑油的物性參數(shù)為：，80℃時(shí)，符合本書第二版式（4-64）的應(yīng)用范圍，于是：，，處于入口段狀態(tài)，，于是：6－16、已知：初溫為30℃的水，以0.875kg/s的流量流經(jīng)一套管式換熱器的環(huán)形空間。該環(huán)形空間的內(nèi)管外壁溫維持在100℃，換熱器外殼絕熱，內(nèi)管外徑為40mm，外管內(nèi)徑為求：把水加熱到50℃解：定性溫度℃，查得：，，流體被加熱，按式（5-56），有：。由熱平衡式，得：。管子出口處局部熱流密度為6－17、已知：一臺(tái)100MW的發(fā)電機(jī)采用氫氣冷卻，氫氣初始溫度為27℃，離開辟電機(jī)時(shí)為88℃，氫氣為。發(fā)電機(jī)效率為98.5%求：若要在管道中維持,其截面積應(yīng)為多大？解：發(fā)電機(jī)中的發(fā)熱量為這些熱量被氫氣吸收并從27℃升高到88℃，由此可定氫的流量G。設(shè)正方形管道的邊長為L，則有，其中:。6－18、已知：10℃的水以1.6m/s的流速流入內(nèi)徑為28mm、外徑為31mm、長為1.5m的管子，管子外的勻稱加熱功率為42.05W，通過外壁絕熱層的散熱損失為2%，管材的.求：（1）管子出口處的平均水溫；（2）管子外表面的平均壁溫。解：10℃水的物性為：（1）設(shè)出口水平均溫度為15℃20℃15℃管截面積設(shè)出口溫度為20與41.099臨近，故出口平均水溫為20（2）管內(nèi)壁的傳熱面積為：15℃℃6-19、已知：水以1.2m/s平均速度流入內(nèi)徑為20mm的長直管。（1）管子壁溫為75℃，水從20℃加熱到70℃；（2）管子壁溫為15℃，水從求：兩種情形下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并研究造成差別的緣故。解：（1）℃（2）因?yàn)榧訜幔谔帨囟雀?，流體粘度減小，對(duì)傳熱有強(qiáng)化作用，冷卻時(shí)，近壁處溫度低，流體粘度增強(qiáng)，對(duì)傳熱有削弱作用。6-20、已知：一螺旋管式換熱器的管子內(nèi)徑為d=12mm，螺旋數(shù)為4，螺旋直徑D=150mm。進(jìn)口水溫℃，管內(nèi)平均流速u=0.6m/s，平均內(nèi)壁溫度為80℃。求：冷卻水出口水溫。解：此題需假設(shè)舉行計(jì)算。經(jīng)過數(shù)次試湊后，設(shè)℃，則℃，物性值：，。每根管長：，采用式（5-56）得：，,傳熱量:,熱平衡熱量:與相差小于1%，故℃即為所求之值。6-21、已知：如圖為現(xiàn)代儲(chǔ)蓄熱能的一種裝置的暗示圖。h=0.25m，，圓管直徑為d=25mm，熱水流過，入口溫度為60℃，流量為0.15kg/s。周圍石蠟的物性為：熔點(diǎn)為27.4℃，融化潛熱為L=244Kj/kg，。假設(shè)圓管的溫度在加熱過程中向來處于石蠟的熔點(diǎn)，求：把該單元中的石蠟所有融化熱水需流過多長時(shí)光。解：假定出口水溫為40°C，則水的定性溫度為50°C水的物性參數(shù)所以管流為湍流故又因?yàn)樗詿崞胶夥匠唐渲兴钥傻谩鉉與假定°C相差較大，在假設(shè)°C，水物性參數(shù)，是湍流因水被冷卻熱平衡方程其中所以可得°C壁溫與液體溫差水與石蠟的換熱量為而牛頓冷卻公式熱平衡偏差故上述計(jì)算有效°C為使石蠟熔化所需熱量為所需加熱時(shí)光空氣定性溫度°C6-22、已知：在管道中充足發(fā)展階段的換熱區(qū)域。無論或均可是軸線方向坐標(biāo)x的函數(shù)，但上述無量綱溫度卻與x無關(guān)。求：從對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的定義出發(fā)，以圓管內(nèi)流動(dòng)與換熱為例，證實(shí)在充足發(fā)展換熱區(qū)常物性流體的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也與x無關(guān)。解：設(shè)在充足發(fā)展區(qū)，，則：（此處R為管子半徑），于是：6-23、已知：如圖，一電力變壓器可視為直徑為300m、高500mm的短柱體，在運(yùn)行過程中它需散失熱流量為1000W。為使其表面維持在47℃，再在其外殼上纏繞多圈內(nèi)徑為20mm的管子，管內(nèi)通過甘油以吸收變壓器的散熱。要求外殼溫度維持在47℃，甘油入口溫度為24℃，螺旋管內(nèi)的允許溫升為6℃。47℃時(shí)甘油的。求：所需甘油流量、熱管總長度以及纏繞在柱體上的螺旋管的相鄰兩層之間的距離s。解：假設(shè)：1、略去動(dòng)能與位能的變化；2、略去管壁阻力。由熱平衡，取6℃找出質(zhì)量流率：，所以流動(dòng)為層流。設(shè)流動(dòng)與換熱處于層流發(fā)展段，因?yàn)椋匀澒茏饔貌挥?jì)，采用齊德-泰特公式，先假設(shè)長度，計(jì)算出h，再從傳熱方程予以校核。設(shè)L=6m，,由計(jì)算過程可見，對(duì)本例，，即由此得：，故：所能纏繞的圈數(shù)：圈。間距外掠平板對(duì)流換熱6-24、已知：一平板長400mm，平均壁溫為40℃。常壓下20℃的空氣以10m求：離平板前緣50mm、100mm、200mm、300mm、400mm處的熱邊界層厚度、局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及平均傳熱系數(shù)。解：空氣物性參數(shù)為離前緣50mm，同理可得：離前緣100mm處離前緣200mm處離前緣300mm處離前緣400mm處6-25、已知：冷空氣溫度為0℃，以6m/s的流速平行的吹過一太陽能集熱器的表面。該表面尺寸為，其中一個(gè)邊與來流方向垂直。表面平均溫度為20℃求：因?yàn)閷?duì)流散熱而散失的熱量。解：℃10℃空氣的物性6-26、已知：一摩托車引擎的殼體上有一條高2cm、長12cm的散熱片（長度方向與車身平行）。℃，倘若℃，車速為30km/h，而風(fēng)速為2m/s，車逆風(fēng)前行，風(fēng)速與車速平行。求：此時(shí)肋片的散熱量。解：按空氣外掠平板的問題來處理。定性溫度℃，空氣的物性數(shù)據(jù)為，故流動(dòng)為層流。6-27、已知：一個(gè)亞音速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段的最大風(fēng)速可達(dá)40m/s。設(shè)來流溫度為30℃，平板壁溫為70℃，風(fēng)洞的壓力可取求：為了時(shí)外掠平板的流動(dòng)達(dá)到的數(shù)，平板需多長。倘若平板溫度系用低壓水蒸氣在夾層中凝結(jié)來維持，平板垂直于流動(dòng)方向的寬度為20cm時(shí)。試決定水蒸氣的凝結(jié)量。解：℃，查附錄8得：，，，,,在℃時(shí)，氣化潛熱，凝結(jié)水量。6-28、已知：如圖，為了保證微處理機(jī)的正常工作，采用一個(gè)小風(fēng)機(jī)將氣流平行的吹過集成電路表面。求：（1）倘若每過集成電路塊的散熱量相同，在氣流方向上不同編號(hào)的集成電路塊的表面溫度是否一樣，為什么？對(duì)溫度要求較高的組件應(yīng)該放在什么位置上？（2）哪些無量綱影響對(duì)流換熱？解：（1）不同編號(hào)的集成電路塊的表面溫度不一樣，因?yàn)榭偭髁枯^小，在吸收第一塊集成電路塊的熱量后，自身的溫度也隨之升高，氣流再送到下一塊集成電路板所對(duì)流熱量變小，兩者間溫差減少，未被帶走熱量就會(huì)加在集成電路板上，使之表面溫度升高，故在氣流方向上，集成電路塊的表面溫度逐漸在升高。對(duì)溫度要求較高的組件應(yīng)放在氣流入口處或盡可能臨近氣流入口處。（2）在充足發(fā)展對(duì)流換熱階段，除Re、Pr數(shù)以外，由三個(gè)幾何參數(shù)所組成的兩個(gè)無量綱參數(shù)，如S/L及H/L，影響到對(duì)流換熱。6-29、已知：飛機(jī)的機(jī)翼可近似的看成是一塊置于平行氣流中的長2.5m的平板，飛機(jī)的翱翔速度為每小時(shí)400km?？諝鈮毫?，空氣溫度為-10℃。機(jī)翼頂部吸收的太陽能輻射為，而其自身輻射略而不計(jì)。求：處于穩(wěn)態(tài)時(shí)機(jī)翼的溫度（假設(shè)溫度是勻稱的）。倘若考慮機(jī)翼的本身輻射，這一溫度應(yīng)升高還是下降？解：不計(jì)自身輻射時(shí)，機(jī)翼得到的太陽能輻射=機(jī)翼對(duì)空氣的對(duì)流換熱。需要假定機(jī)翼表面的平均溫度。設(shè)℃，則℃，，，與所吸收的太陽輻射800W相差2.4%，可以認(rèn)為℃即為所求之解。計(jì)及機(jī)翼表面的自身輻射時(shí)，表面溫度將有所下降。6-30、已知：如圖，一個(gè)空氣加熱器系由寬20mm的薄電阻帶沿空氣流動(dòng)方向并行羅列組成，其表面平整光潔。每條電阻帶在垂直于流動(dòng)方向上的長度為200mm，且各自單獨(dú)通電加熱。假設(shè)在穩(wěn)定運(yùn)行過程中每條電阻帶的溫度都相等。從第一條電阻帶的功率表中讀出功率為80W。其它熱損失不計(jì)，流動(dòng)為層流。求：第10條、第20條電阻帶的功率表讀數(shù)各位多少。解：按空氣外掠平板層流對(duì)流換熱處理。第n條加熱帶與第一條帶的功率之比可以表示為：其中，故有：，代入得：，對(duì)，對(duì)，。6-31、已知：要把一座長1km、寬0.5km、厚0.25km的冰山托運(yùn)到6000km以外的地區(qū)，平均托運(yùn)速度為每小時(shí)1km。托運(yùn)路上水溫的平均值為10℃?？烧J(rèn)為主要是冰塊的底部與水之間有換熱。冰的融化熱為，當(dāng)Re>>時(shí)，所有邊界層可以認(rèn)為已進(jìn)入湍流。求：在托運(yùn)過程中冰山的自身融化量。解：按流體外掠平板的邊界層類型問題來處理，定性溫度℃，按純水的物性來計(jì)算，對(duì)局部Nusselt數(shù)計(jì)算式做的積分，得：在6000小時(shí)托運(yùn)過程中，冰的溶解量為冰塊的原體積為可見大約一半左右的冰在托運(yùn)過程中融化掉了。外掠單管與管束6-32、已知：直徑為10mm的電加熱置于氣流中冷卻，在Re=4000時(shí)每米長圓柱通過對(duì)流散熱散失的熱量為69W?，F(xiàn)在把圓柱直徑改為20mm，其余條件不變（包括）。求：每米長圓柱散熱為多少。解：，直徑增強(qiáng)一倍，Re亦增強(qiáng)一倍，，，。6-33、已知：直徑為0.1mm的電熱絲與氣流方向垂直的放置，來流溫度為20℃，電熱絲溫度為40℃，加熱功率為求：此時(shí)的流速。解：定性溫度℃，。先按表5-5中的第三種情況計(jì)算，側(cè)，符合第二種情形的適用范圍。故得：。6-34、已知：可以把人看成是高1.75m、直徑為0.35m的圓柱體。表面溫度為31℃，一個(gè)馬拉松運(yùn)動(dòng)員在2.5h內(nèi)跑徹低程（41842.8m），空氣是靜止的，溫度為15求：此運(yùn)動(dòng)員跑徹低程后的散熱量。解：平均速度，定性溫度℃，空氣的物性為：，，按表5-5.有：，,在兩個(gè)半小時(shí)內(nèi)共散熱6-35、已知：一管道內(nèi)徑為500mm，輸送150℃的水蒸氣，空氣以5m/s的流速橫向吹過該管，環(huán)境溫度為-10求：單位長度上的對(duì)流散熱量。解：d=0.5ms=0.5×3.14=1.57m℃70℃空氣的物性6-36、已知：某鍋爐廠生產(chǎn)的220t/h高壓鍋爐，其低溫段空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)為：叉排布置，、管子，平均溫度為150℃的空氣橫向沖刷管束，流動(dòng)方向上總排數(shù)為44。在管排中央線截面上的空氣流速（即最小截面上的流速）為6.03m/s。管壁平均溫度為185℃。求：管束與空氣間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：℃70℃空氣的物性6-37、已知：如圖，最小截面處的空氣流速為3.8m/s，℃，肋片的平均表面溫度為65℃，,肋根溫度維持定值:,規(guī)定肋片的mH值不應(yīng)大于1.5.在流動(dòng)方向上排數(shù)大于10.求：肋片應(yīng)多高解：采用外掠管束的公式來計(jì)算肋束與氣流間的對(duì)流換熱，定性溫度“℃，，，由表（5-7）查得，,6-38、已知：在鍋爐的空氣預(yù)熱器中，空氣橫向掠過一組叉排管束，，，管子外徑d=40mm，空氣在最小界面處的流速為6m/s，℃，在流動(dòng)方向上排數(shù)大于10，管壁平均溫度為165℃。求：空氣與管束間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：定性溫度℃，得空氣物性值為：，，據(jù)表（5-7）得6-39、已知：如圖，在兩塊安裝了電子器件的等溫平板之間安裝了根散熱圓柱，圓柱直徑d=2mm，長度，順排布置，。圓柱體表面的平均溫度為340K，進(jìn)入圓柱束的空氣溫度為300K，進(jìn)入圓柱束前的流速為10m/s。求：圓柱束所傳遞的對(duì)流熱量。解：先以30℃物性預(yù)計(jì)，。如下圖所示，取計(jì)算區(qū)域的高、寬各為25，S=100mm，則棒束中最大流速為：。從熱平衡角度：，從熱交換角度：據(jù)得：℃℃?？諝馕镄詤?shù)為：，。,，，由，得：℃與上一次計(jì)算相差<1%,計(jì)算有效。大空間天然對(duì)流6-40、已知：將水平圓柱體外天然對(duì)流換熱的準(zhǔn)則式改寫為以下的方便形式：，其中系數(shù)C取決于流體種類及溫度。求：對(duì)于空氣及水，試分離計(jì)算℃、60℃、80℃的三種情形時(shí)上式中的系數(shù)C之值。解：設(shè)水平圓柱外天然對(duì)流換熱為層流所以由題意可得：對(duì)空氣°C空氣物性參數(shù)為＝1.237；對(duì)空氣°C空氣物性參數(shù)為＝1.209；對(duì)空氣°C空氣物性參數(shù)為＝1.187；對(duì)水°C物性參數(shù)：＝134.2；對(duì)水°C物性參數(shù)為：＝160.9；對(duì)水°C物性參數(shù)為：＝183.76-41、已知：一豎直圓管，直徑為25mm、長1.2m，表面溫度為60℃。把它置于下列兩種環(huán)境中：（1）15℃、下的空氣；（2）15℃，下的空氣。在普通壓力范圍內(nèi)（大約從），空氣的可認(rèn)為與壓力無關(guān)。求：比較其天然對(duì)流散熱量。解：（1）℃。物性參數(shù)：，，，,。（2）15℃、時(shí)，按理想氣體定律，，。6-42、已知：一根的金屬柱體，從加熱爐中取出置于靜止空氣中冷卻。求：從加熱冷卻的觀點(diǎn)，柱體應(yīng)是水平放置還是垂直放置（設(shè)兩種情況下輻射散熱相同）？估算開始冷卻的眨眼在兩種放置的情形下天然對(duì)流冷卻散熱量的比值。兩種情形下的流動(dòng)均為層流（端面散熱不計(jì)）。解：在開始冷卻的眨眼，可設(shè)初始溫度為壁溫，因而兩種情形下相同。近似地采用穩(wěn)態(tài)工況下獲得的準(zhǔn)則式來比較，則有：，對(duì)給定情形，，水平放置時(shí)冷卻比較快。6-43、已知：假設(shè)把人體簡化為直徑為30mm、高1.75m的等溫豎柱體，其表面溫度比人體體內(nèi)的正常溫度低2℃。不計(jì)柱體兩端面的散熱，人體溫度37℃，環(huán)境溫度求：該模型位于靜止空氣中時(shí)的天然對(duì)流換熱量，并與人體天天的平均攝入熱量（5440kJ）相比較。解：℃，處于過渡區(qū)。一晝夜散熱。此值與天天的平均攝入熱量臨近，實(shí)際上因?yàn)槿梭w穿了衣服，天然對(duì)流散熱量要小于此值。6-44、已知：一塊有內(nèi)部加熱的正方形薄平板，邊長為30cm，被豎直的置于靜止的空氣中，空氣溫度為35℃，輻射散熱量可以表示成牛頓冷卻公式的形式，相應(yīng)的。表面溫度不允許超過150℃求：所允許的電加熱器的最大功率。解：℃，，,輻射換熱量：,總散熱量：。因?yàn)槠桨蹇梢詢擅嫱瑫r(shí)散熱，故允許電加熱功率為。6-45、已知：有人認(rèn)為，普通房間的墻壁表面每平方米面積與室內(nèi)空氣的天然對(duì)流換熱量相當(dāng)于一個(gè)家用白熾燈泡的功率。設(shè)墻高2.5m，夏天墻表面溫度為35℃，室內(nèi)溫度25℃；冬天墻表面溫度為10℃求：對(duì)冬天與夏天的兩種典型情況作估算，以判斷這一說法是否有按照。解：夏天：℃，冬天：℃，，，若按過渡區(qū)計(jì)算：過渡區(qū)交界處存在某種不協(xié)調(diào)，此處取平均值：，。6-46、已知：如圖，，平板上的天然對(duì)流邊界層厚度，其中x為從平板底面算起的當(dāng)?shù)馗叨龋詘為特征長度，散熱片溫度勻稱，取為℃，環(huán)境溫度℃。求：（1）是相鄰兩平板上的天然對(duì)流邊界層不互相干擾的最小間距s；（2）在上述間距下一個(gè)肋片的天然對(duì)流散熱量。解：℃，，最小間距。按豎直平板處理：，,6-47、已知:一池式換熱設(shè)備由30個(gè)豎直放置的矩形平板組成，每塊板寬0.3m，高0.5m,兩版之間的距離很大，熱邊界層的發(fā)展不會(huì)受到影響。冷卻劑為水，溫度為20℃.板面的溫度勻稱，最高允許溫度為100求：這一換熱設(shè)備的最大換熱量。解：℃，,。6-48、已知：一輸送冷空氣的方形截面的管道，水平地穿過一室溫為28℃的房間，管道外表面平均溫度為12℃，截面尺寸為水平板熱面向下時(shí)有：特征長度為A/P，其中A為表面積，P為周長。求：每米長管道上冷空氣通過外表面的天然對(duì)流從房間內(nèi)帶走的熱量。解：不考慮相交面處的互相影響，℃，,對(duì)豎壁，特征尺寸，對(duì)上下表面，因?yàn)楣艿篱L度遠(yuǎn)大于截面尺寸，故.1、豎壁：。2、冷面朝上：。3、下表面：，6-49、已知：尺寸為的薄瓷磚水平地置于加熱爐內(nèi)加熱，爐內(nèi)溫度為590℃求：當(dāng)瓷磚表面溫度為430℃時(shí)的天然對(duì)流換熱量。計(jì)算所有關(guān)聯(lián)式可參考上題。解：℃，，。對(duì)向下的冷面有:,；對(duì)向上的熱面有:6-50、已知：向來徑為25mm的金屬球殼，其內(nèi)置有電熱器，該球被懸吊于溫度為20℃的盛水的容器中，特征長度為球的外徑，定性溫度為。求：為使球體表面溫度維持在65℃，電加熱功率為多大？解：℃6-51、已知：對(duì)習(xí)題6-44所述情形，設(shè)熱功率為310W，其中42%系通過天然對(duì)流散失，假定熱流密度是勻稱的。求:決定平板的最高壁溫。解：這是給定熱流密度的情形，按式（5-84）計(jì)算。假設(shè)℃，，，，天然對(duì)流的，，℃0.1m0.2m0.3m22.639.3854.477.256.325.83134.8149.4159.1℃,按℃計(jì)算，，，，℃有限空間天然對(duì)流6-52、已知：一水平封閉夾層，其上、下表面的間距，夾層內(nèi)是壓力為的空氣，設(shè)一個(gè)表面的溫度為90℃，另一表面為30℃。求：當(dāng)熱表面在冷表面之上及在冷表面之下兩種情形下，通過單位面積夾層的傳熱量。解：當(dāng)熱面在上，冷面在下時(shí)，熱量的傳遞僅靠導(dǎo)熱，℃，，于是有：，當(dāng)熱面在下時(shí)夾層中有天然對(duì)流，，按式（5-89），,倍。6-53、已知：一太陽能集熱器吸熱表面的平均溫度為85℃35℃，兩表面形成相距5cm的夾層。研究表明，當(dāng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生天然對(duì)流而是純導(dǎo)熱工況。求：在每平方米夾層上空氣天然對(duì)流的散熱量。并對(duì)本例決定不產(chǎn)生天然對(duì)流的兩表明間間隙的最大值，此時(shí)的散熱量為多少(不包括輻射部分)？解：（1）℃，，，,。（2），，此時(shí)導(dǎo)熱量：導(dǎo)熱量反比有天然對(duì)流時(shí)大，這是因?yàn)榘彘g距已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有天然對(duì)流時(shí)的情形。6-54、已知：一烘箱的頂部尺寸為，頂面溫度為70℃，頂面又加一封閉夾層，頂面溫度仍為70℃，夾層蓋板與箱頂?shù)拈g距為50mm。環(huán)境溫度為27求：加夾層后的天然對(duì)流熱損失是不加夾層時(shí)的百分之幾？解：此題中蓋板溫度未知，這一溫度由夾層中的散熱與蓋板向大空間的換熱所決定，準(zhǔn)確的溫度值應(yīng)使這兩份熱量相等。在計(jì)算中，此溫度需假設(shè)。(1)不加夾層時(shí)，℃，空氣的物性值為：,,（2）加夾層后，經(jīng)幾次計(jì)算，設(shè)℃,則大空間天然對(duì)流部分:℃。，，；封閉腔部分：℃，，。與相差約3%，可取作為結(jié)果，則。所以加夾層后的天然對(duì)流散熱損失減少成不加夾層時(shí)的=28.7%。6-55、已知：一太陽能集熱器置于水平的房頂上，尺寸為.在集熱器的吸熱表面上用玻璃作頂蓋，形成一封閉的空氣夾層，夾層厚10cm。該吸熱表面的平均溫度為90℃，玻璃內(nèi)表面溫度為30℃求：因?yàn)閵A層中空氣天然對(duì)流而引起的熱損失。又，倘若吸熱表面不設(shè)空氣夾層，讓吸熱表面直接裸露于大氣之中（環(huán)境溫度取為20℃）。試計(jì)算在表面溫度為90℃時(shí)，因?yàn)榭諝獾奶烊粚?duì)流而引起的散熱量。解：（1）定性溫度℃，，。（2）定性溫度℃，據(jù)習(xí)題5-65中推薦的公式有：，。6-56、已知：與水平面成傾角的夾層中的天然對(duì)流換熱，可以近似地以來代替而計(jì)算數(shù)，今有一℃的太陽能集熱器，吸熱表面的溫度℃，吸熱表面上的封閉空間內(nèi)抽成壓力為求：夾層單位面積的天然對(duì)流散熱損失，并從熱阻的角度分析，在其它條件均相同的情況下，夾層抽真空與不抽真空對(duì)玻璃窗溫度的影響。解：℃，在下，空氣。在時(shí)，按理想氣體定律：，按式（5-89）。抽真空后，夾層中對(duì)流換熱削弱，使熱阻增強(qiáng)，在從到熱傳遞網(wǎng)絡(luò)中，的比例增大，因而更臨近于，即下降。6-57、已知：（1）一豎直的空心夾層寬0.1m、高3m，兩側(cè)壁溫度分離為20℃及-10求：（1）冷熱單位表面間的換熱量。（2）此時(shí)冷熱表面間的換熱量如何變化？由此可以得出一些什么看法？解：（1）℃，，，，。（2）加隔板后，，。設(shè)熱量增強(qiáng)8%，所以在一定的@變化范圍內(nèi)，采用加隔板的主意可以增強(qiáng)有限空間的天然對(duì)流換熱。射流沖擊傳熱6-58．溫度為20℃的空氣從直徑d=10mm的噴嘴中以20m/s的速度射出，垂直地沖擊到的平板上．環(huán)境溫度．試對(duì)l/d=2,3,4,5,6五種情形，計(jì)算在r/d=2.5-7.5范圍內(nèi)的平均Nu數(shù)，由此可以得出什么結(jié)論？解：，以代入所得之為之間的平均值。=，。6-59．深度為25℃的空氣從寬W=10mm的窄縫中以10m/s的速度射出，垂直地沖擊到的表面上．環(huán)境溫度．試對(duì)l/W=2,3,4,5,6五種情形，估算滯止點(diǎn)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)．解：25℃時(shí)，。。，。綜合分析6-60、已知：在一塊大的基板上安裝有尺寸為、溫度為120℃的電子元件，30℃的空氣以5m/s的流速吹過該表面，散熱量為0.5W，今在其中安置一根直徑為10mm的針肋，其材料為含碳1.5%的碳鋼，電子元件表面溫度為120求：（1）針肋能散失的最大熱量；（2）為達(dá)到這一散熱量該針肋實(shí)際所需的長度；（3）設(shè)安置針肋后該元件的熱量徹低通過針肋而散失，安置針肋后該元件的功率可以增強(qiáng)的百分?jǐn)?shù)。解：（1）材料一定，不可能無窮大，惟獨(dú)長度趨于無窮時(shí)為最大散熱量?！?，，,針肋無窮大，有的條件，則由：，，（2）按照式（2-38），當(dāng)之值后即可認(rèn)為換熱量已達(dá)到最大值，由雙曲函數(shù)表可知，此時(shí)mH=2.65，因而有：，。（3）。6-61、已知：如圖為熱電偶溫度計(jì)，置于內(nèi)徑為、外徑為的鋼管中，其，鋼管的高度。用另一熱電偶測得了管道表面溫度，設(shè)℃，℃，。不考慮輻射換熱的影響。求：來流溫度。解:t=480℃物形參數(shù):按照(2-37),有6-62、已知：如圖，在太陽能集熱器的平板后面，用焊接的主意固定了一片冷卻水管道，冷卻管與集熱器平板之間的接觸熱阻忽略，集熱器平板維持在75℃.管子用銅做成，內(nèi)徑為10mm。設(shè)進(jìn)口水溫為20℃，水流量為0.20kg/s，冷卻管共長求：總的換熱量。解：℃℃設(shè)出水溫度為40℃℃30℃水的物性：與初設(shè)值不符，再設(shè)℃，℃40℃重設(shè)℃℃42.5℃6-63、已知：尺寸為的芯片水平地置于一機(jī)箱的底面上。設(shè)機(jī)箱內(nèi)空氣溫度為℃，芯片的散熱量為0.23W。設(shè)芯片周圍物體不影響其天然對(duì)流運(yùn)動(dòng)。求：（1）當(dāng)散熱方式僅有天然對(duì)流時(shí)芯片的表面溫度。（2）倘若考慮輻射換熱的作用，則對(duì)芯片表面溫度有什么影響，并分析此時(shí)應(yīng)該怎樣決定芯片的表面溫度。解：（1），設(shè)℃，，，℃℃（2）計(jì)及輻射，溫度要下降，設(shè)，則：天然對(duì)流的℃，,，，℃。與設(shè)定值80相差甚小，作為一種改進(jìn)可取℃。本題中的值低于表5-13中推薦公式的適用范圍，因而只是一種近似的計(jì)算。6-64、已知：如圖，℃。假設(shè)在每個(gè)小通道中的冷卻水流量是勻稱的，水速為0.2m/s，冷卻通道壁溫℃。求：冷板的熱負(fù)荷。解：先從熱平衡計(jì)算，計(jì)算可對(duì)一個(gè)通道舉行。取℃，則℃，水的溫升為14℃。，，,相差小于2%，可以認(rèn)為計(jì)算有效，取，則冷板的平均熱流密度為，在寬為12mm的冷板上可以布置6根冷卻水管，所以總熱負(fù)荷為。6-65、已知：用內(nèi)徑為0.25m的薄壁鋼管運(yùn)送200℃的熱水。管外設(shè)置有厚的保溫層，其，管道長500m，水的質(zhì)量流量為25kg/s，冬天，℃的空氣橫向沖刷。輻射忽略。求：該管道出口處水的溫度。解：以與各位定性溫度預(yù)計(jì)及，計(jì)算熱傳量，再從熱平衡算出及傳熱層外表面溫度，再計(jì)算及。水的物性：采用米海耶夫公式，取為180℃時(shí)值，。空氣物性以0℃為物性，，，，。單位長度上熱阻：，，可見，可以認(rèn)為薄壁溫度即為，即可以認(rèn)為在500m長管道中壁溫均為200℃，從保溫層導(dǎo)熱及管外換熱可以算出散熱量，再進(jìn)而反算水的溫度降。取空氣℃，即取℃，，。，℃由水側(cè)的對(duì)流換熱可決定℃，管壁溫度取為200℃是可行的。再驗(yàn)證保溫層外壁溫度，通過保溫層導(dǎo)熱的溫差℃，即外壁溫度應(yīng)為-6.3℃，使空氣側(cè)定性溫度由本來的-5℃下降為-8℃。作為工程計(jì)算3℃定性溫度的變化是可以采納的，因而不再進(jìn)一步迭代計(jì)算。6-66、已知：一煙管內(nèi)通以高溫?zé)煔猓ㄆ骄鶡煔鉁囟葹?00K）以加熱管外的水。煙管內(nèi)徑d=20mm，煙氣的質(zhì)量流量為0.01kg/s，煙管的壁溫為340K，煙氣壓力為。輻射換熱忽略。求：煙氣與水之間單位長度上的換熱量。有人提出，為了強(qiáng)化換熱，在煙管中插入一根對(duì)角線長為20mm的正方形柱體，試定量確認(rèn)這一主意是否可行。解：（1）800K時(shí)煙氣，，，。（2）參加插入物后，，仍以Dittus-Boelter公式來計(jì)算：，所以傳熱大為強(qiáng)化，但阻力亦增強(qiáng)，注重插入物的作用在于增強(qiáng)了流速，但經(jīng)不起肋片作用，因?yàn)楣芡鈧?cè)才是換熱面積。6-67、已知：如圖示一種冷卻電子線路板的主意，冷空氣流過冷板平行通道，線路板的功率為100W，平行通道的截面尺寸為，常壓下的空氣以的流量流經(jīng)平行通道，入口氣溫為25℃，兩塊冷板的通道總數(shù)為24。求：估算線路板的平均運(yùn)行溫度。解：以25℃空氣計(jì)算之，取℃，。，℃，，,其中為水與通道壁面的平均溫差?！?，℃，解得：℃。實(shí)際空氣℃，與25℃相差甚小，物性影響不大，故不重算。6-68、已知：一冰塊厚20mm，高、寬各為300mm，溫度為0℃，豎直地置于25℃大房間的靜止空氣中，冰的融化熱為333.3kJ/kg，發(fā)射率為求：兩小時(shí)內(nèi)冰塊融化的水的質(zhì)量。解：設(shè)兩小時(shí)內(nèi)冰塊形狀不予考慮，℃，，，，,。冰的溶解熱為333.3kJ/kg,故熔化掉的水為：?？偟娜刍繛?。6-69、已知：如圖，℃，℃，兩板間的距離不影響熱邊界層的發(fā)展。有三種情況：（1）惟獨(dú)天然對(duì)流；（2）空氣以0.6m/s的速度豎直向下流動(dòng)（在風(fēng)機(jī)作用下）；（3）空氣以0.2m/s的速度豎直向上流動(dòng)。求：一塊板單位面積上的散熱量。解：（1）℃，，，（2），,，。（3），，，,。6-70、已知：對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)葉片冷卻的模擬實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度℃的氣流以的速度吹過特征長度、壁溫℃的葉片時(shí)，換熱量為1500W?，F(xiàn)在有第二種工況：℃、、、℃。兩種情況下葉片均可作為二維問題處理，計(jì)算可對(duì)單位長度葉片舉行。求：第二種工況下葉片與氣流間所交換的熱量。解：，。對(duì)二維問題換熱面積正比于線形尺度（即以單位長度葉片作比較），因而有：。小論文題目6-71．設(shè)有如附圖所示的一個(gè)二維豎直平行板通道，兩個(gè)表面的溫度勻稱，記為，且高于環(huán)境溫度．假設(shè)通道長而窄，因?yàn)楦∩σ鸬膬蓚€(gè)壁面上的速度場已經(jīng)在通道中央處匯集，而且流動(dòng)已經(jīng)處于充足發(fā)展．試證實(shí)通道內(nèi)氣體水溫流量與通道高度無關(guān)，并由下式?jīng)Q定：其中為通道的寬度．6-72．試從天然對(duì)流的能量方程出發(fā)，導(dǎo)出Ra數(shù)．結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果（參見文獻(xiàn)［31-34,36］）分析為什么天然對(duì)流從層流到湍流改變的判據(jù)應(yīng)該試Gr數(shù)，而不應(yīng)采用Ra數(shù)？第七章思量題1.什么叫膜狀凝結(jié)，什么叫珠狀凝結(jié)?膜狀凝結(jié)時(shí)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(dòng)量方程得以簡化；第5條，膜內(nèi)溫度是線性的，即膜內(nèi)惟獨(dú)導(dǎo)熱而無對(duì)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，要看守的長徑比。4．為什么水平管外凝結(jié)換熱只推薦層流的準(zhǔn)則式？常壓下的水蒸氣在℃的水平管外凝結(jié)，倘若要使液膜中浮上湍流，試近似地預(yù)計(jì)一下水平管的直徑要多大?答：因?yàn)閾Q熱管徑通常較小，水平管外凝結(jié)換熱普通在層流范圍。對(duì)于水平橫圓管：臨界雷諾數(shù)由℃,查表：由℃，查表：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曲線中各部分的換熱機(jī)理。6．對(duì)于熱流密度可控及壁面溫度可控的兩種換熱烈形，分離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(duì)上述兩種情形分離舉出一個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例。答：對(duì)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(duì)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(duì)照水平管外膜狀凝結(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強(qiáng)換熱表面的汽化核心數(shù)。9．在你學(xué)習(xí)過的對(duì)流換熱中．表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)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(jì)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(jì)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(huì)隨△t的增強(qiáng)而疾馳升高?答：因?yàn)殡S著壁面過熱度的增強(qiáng)，輻射換熱的作用越加顯然。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(6—3)表示成特征數(shù)間的函數(shù)形式，引入伽里略數(shù)及雅各布數(shù)。解：，。7-2、對(duì)于壓力為0.1013MPa的水蒸氣，試估算在℃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。解：，r=，，，代表了汽化潛熱與液瞙顯熱降之比;進(jìn)一步普通化可寫為，代表了相變潛熱與相應(yīng)的顯熱之比，在相變換熱（凝結(jié)、沸騰、熔化、凝結(jié)等都可以用得上）。7-3、℃的水蒸氣及℃的R134a蒸氣．在等溫豎壁上膜狀凝結(jié)，試計(jì)算離開x＝0處為0.1m、0.5m處液膜厚度。設(shè)℃。解：，近視地用ts計(jì)算物性，則：對(duì)水：，，，；對(duì)R134a：，，，；對(duì)水：＝＝，X=0.1、.X=0.5、對(duì)R134a：＝=，X=0.1、；X=0.5、。7-4、當(dāng)把一杯水倒在一塊赤熱的鐵板上時(shí)．板面趕緊會(huì)產(chǎn)生許多跳躍著的小水滴，而且可以維持相當(dāng)一段時(shí)光而不被汽化掉。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(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)，被升高的蒸汽帶動(dòng)，形成跳躍，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，管子表面溫度為123℃。試?yán)门麪柗治鼋庥?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)。解：水蒸氣對(duì)應(yīng)的飽和參數(shù)：℃定性溫度：℃查表得由＝＝解得x0.10.20.40.61.0δ（㎜）0.0610.0730.0860.0960.109hx1123294457942717763167-6、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)，蒸汽與管壁的溫差為11℃,每根管于長1.5m解：℃，，，，r＝，設(shè)流動(dòng)為層流，ｈ＝＝＝226.3＜1600，故為層流。囫圇冷凝器的熱負(fù)荷Q=50×4954.8×3.1416×0.0254×1.5×11=326.2kW。7-7、立式氨冷凝器由外徑為50mm的鋼管制成。鋼管外表面溫度為25℃，冷凝溫度為30℃。要求每根管子的氨凝結(jié)量為解：tm=℃，，，，r＝，由，得：。設(shè)流動(dòng)為層流，則有：ｈ＝＝，代入L的計(jì)算式，得：L=所以L=，h==3986.6W/(m2.k)，Re=，故為層流。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Pa、Pa、Pa及Pa下的凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：按式（6-4）計(jì)算，各壓力下的物性及換熱系數(shù)之值如下表示：Pc/（105Pa）0.050.51.010.0tc/（℃）32.481.599.8179.8tm/（℃）34.984102.3182.3ρt/（℃）993.98969.2956.7884.4λt/［W/（m.k）］0.6260.67640.68350.6730ul×106/［kg/（m.s）］728.8379.02277.1151.0r/（KJ/kg）2425230522602023年年h/［W/（m2.k）］114501393315105161387-9、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解：按照附錄13，30℃的氨液的物性參數(shù)為：，，，先按層流計(jì)算，則：ｈ＝，。確實(shí)屬于層流范圍。7-10、—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(duì)置于壁面另—側(cè)的物體舉行加熱處理。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)升高解：近似地取ts=100℃，℃。，，，設(shè)為層流h==，與假設(shè)一致。平均熱容量.7-11、一塊與豎直方向成30°角的正方形平壁，邊長為40cm、Pa的飽和水蒸汽在此板上凝結(jié)，平均壁溫為96℃。試計(jì)算每小時(shí)的凝結(jié)水量。倘若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？解：tm=℃，，，，r＝，設(shè)為膜狀凝結(jié)，h==。。倘若其它條件不變，但改為與水平方向成30°角，則h為本來的=0.872=87.2﹪，因而凝結(jié)量亦將是現(xiàn)在的87.2﹪。7-12、壓力為1.013x105Pa的飽和水蒸汽，用水平放置的壁溫為90℃的銅管來凝結(jié)。有下列兩種挑選：用—根直徑為10cm的銅管或用10根直徑為1cm(1)這兩種挑選所產(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)換熱公式兩種計(jì)劃的換熱表面積相同，溫差相等，由牛頓冷卻公式，故凝液量因此，兩種計(jì)劃的凝液量之比故小管徑系統(tǒng)的凝液量是大管徑系統(tǒng)的1.778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，第—排管子的壁溫℃，冷凝壓力為4.5xl03Pa。試計(jì)算第一排管子每米長的凝結(jié)液量。解：相應(yīng)于4.5×103Pa的飽和溫度為30.94℃，，℃。，，，，℃，h=每米長管子上的凝結(jié)水量：。7-14、飽和溫度為30℃的水蒸汽在恒定溫度的豎壁上凝結(jié)，試估算使液膜進(jìn)入湍流的解：，，，，于是有：， 之值應(yīng)滿意：，即，兩式聯(lián)立得，，＝319.2m.℃。7-15、設(shè)習(xí)題7-14中飽和水蒸汽的飽和壓力為1.013X105Pa，試重做該題。在—般工業(yè)與民用水蒸汽凝結(jié)的換熱系統(tǒng)中，沮差常在5～10℃范圍內(nèi)，由本題及習(xí)題6—14解：100℃下飽和水的物性為：，，，，，將此式與下式聯(lián)立，，得，由此得：＝18.345，＝48.3m.℃。普通工業(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)，可采用下列偏于保守的公式：其中為由上往下第1排管子的凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。這里假定n根管子的壁溫相同。今有一臺(tái)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)的平均管排數(shù)為20，管壁溫度為15℃，凝結(jié)壓力為4.5x103Pa解：℃。，，，，℃，，。7-17為了強(qiáng)化豎管外的蒸汽凝結(jié)換熱，偶爾可采用如附圖所示的凝結(jié)液泄出罩。設(shè)在高l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。倘若希翼把表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)提高2倍，應(yīng)加多少個(gè)罩？倘若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(gè)罩？解：設(shè)加罩前平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，加罩后為，則有：～，～，則，與欲使，應(yīng)有，設(shè)需把直管等分為幾段才干使全管平均換熱系數(shù)與水平管一樣，則有：＝，即：，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(＜ts＝，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(shí)刻底部液膜厚度δ的計(jì)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過液瞙得導(dǎo)熱而傳究竟面上的，于是有：，其中為時(shí)光，將此式對(duì)作積分，并利用，的條件，得。此式表明液瞙厚度與成正比。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)的冷卻曲線如附圖所示。鋼元初溫為800℃解：AB段鋼元的溫度隨時(shí)光的變化比較平緩，代表了瞙態(tài)沸騰區(qū)的換熱特性，BC段的上半部鋼元溫度隨時(shí)光而急劇下降，展示出核態(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(duì)流換熱逐漸進(jìn)入以天然對(duì)流為主得區(qū)域。7-20、平均壓力為Pa的水，在內(nèi)徑為15mm的銅管內(nèi)作充足發(fā)展的單相強(qiáng)制對(duì)流換熱。水的平均溫度為100℃，壁溫比水溫高5℃解：時(shí)，℃，對(duì)應(yīng)水的物性，，按照公式＝＝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(duì)管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流而所以而所以。7-21、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)增強(qiáng)10倍．溫差(tw-ts)應(yīng)增強(qiáng)幾倍?倘若同一液體在圓管內(nèi)作單相揣流換熱(充足發(fā)展區(qū))，為使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)提高10倍，流速應(yīng)增強(qiáng)多少倍？為維持流體流動(dòng)所消耗的功將增強(qiáng)多少倍?設(shè)物性為常數(shù)。解：(1)大容器飽和沸騰(2)管內(nèi)湍流答：大容器飽和沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增強(qiáng)10倍．壁面過熱度是原值的2.69倍。圓管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增強(qiáng)10倍，流速是原值的17.78倍，這時(shí)流體的驅(qū)動(dòng)功率是原值的5620.8倍。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干維持90kg／h的產(chǎn)汽率解：再3.61×105Pa的壓力下，水的物性參數(shù)為：，，，，，，，，于是有：，由此解得：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飽和水變成飽和蒸汽所需的熱量為20×2144.1×103，因而加熱棒之長為：。7-23、一銅制平底鍋底部的受熱面直徑為30cm，要求其在1.013×105Pa的大氣壓下沸騰時(shí)每小時(shí)能產(chǎn)生2.3kg飽和水蒸氣。試決定鍋底整潔時(shí)其與水接觸面的溫度。解：ts=100℃時(shí)水的物性參數(shù)為，，，，，，，，，，℃，℃。7-24、一臺(tái)電熱鍋妒，用功率為8kw的電熱器來產(chǎn)生壓力為1.43X105Pa的飽和水蒸汽。電熱絲置于兩根長為1.85m、外徑為15mm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)所參加的電功率均用來產(chǎn)生蒸汽，試計(jì)算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，熱流密度，在1.43×105Pa壓力下：，，，，，，，。代入式（6-17）有：＝7.37℃，℃。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：℃。最高壁溫位于內(nèi)壁面上，其值為127.4＋7.68＝135.1℃。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—眨眼，棒表面溫度為110℃,試估算此時(shí)棒表面的溫度梯度。沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按式(6解：，這一對(duì)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：，，負(fù)號(hào)表示溫度沿半徑方向減少。7-26向來徑為3.5mm、長100mm的機(jī)械拋光的薄壁不銹鋼管，被置于壓力為1.013X105Pa的水容器中，水溫已臨近飽和溫度。對(duì)該不銹鋼管兩端通電以作為加熱表面。試計(jì)算當(dāng)加熱功率為1.9W及100W時(shí)，水與鋼管表面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)值。解：(1)當(dāng)加熱功率為1.9W時(shí)。這樣低的熱流密度仍處于天然對(duì)流階段。此時(shí)溫差普通小于4℃。因?yàn)橛?jì)算天然對(duì)流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)需要知道其壁面溫度，故本題具有迭代性質(zhì)。先假定溫差℃定性溫度℃物性參數(shù)故所以與相差達(dá)12.7％，故需重新假定△t?？紤]到天然對(duì)流即在物性基本不變時(shí)．準(zhǔn)確的溫差按下式計(jì)算：℃而即(2)當(dāng)時(shí)，假定進(jìn)入核態(tài)沸騰區(qū)，按照公式＝＝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，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(duì)于水在拋光的銅、鉑及化學(xué)蝕腐與機(jī)械拋光的不銹鋼表面上的沸騰換熱，式(7-17)中的均可取為0.013。試針對(duì)、、、、下的大容器沸騰、計(jì)算上述情形中的系數(shù)C，且進(jìn)—步把系數(shù)C擬合成壓力的冪函數(shù)形式，并與式(6－16)比較。解：把式（6-17）寫成的形式，可得：，P/（bar）1.0134.7610.0319.0839.78Cpl/［KJ/（kg.K）］4.224.3134.4174.5554.844prl1.751.171.000.910.86μl×106/［kg/（m.s）］282.5186.4153.0130.5169.9r×10-3/（J/kg）2257.12113.12023年年.01898.31714.5ρl/（kg/m3）958.4917.0886.9852.3799.0ρvl/（kg/m3）0.59772.5485.1609.59319.99σ×104/（N/m）588.6486.6422.8354.1261.9C4.99727.12798.40979.612411.352用最小二乘法擬合得，p的單位為bar。7-28、在所有的對(duì)流換熱計(jì)算式中．沸騰換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式大概是分歧最大的。就式(6—17)而言、用它來預(yù)計(jì)q時(shí)最大誤差可達(dá)100％。另外，系數(shù)的決定也是引起誤差的一個(gè)方面。今設(shè)在給定的溫差下，因?yàn)榈娜≈灯吡?0％，試估算熱流密度的計(jì)算值會(huì)引起的偏差。倘若規(guī)定了熱流密度，則溫差的預(yù)計(jì)又會(huì)引起多大的偏差？通過詳細(xì)的計(jì)算來說明。解：（1）因?yàn)槠渌鼦l件不變，給出么計(jì)算時(shí)，應(yīng)有，即％，即偏低42.5％。（2）當(dāng)給定q，由式（6-17）決定時(shí)，Cwl的誤差與的誤差成線性關(guān)系。7-29、用直徑為1mm、電阻率的導(dǎo)線通過盛水容器作為加熱元件。試決定，在ts=100℃解：按下題的計(jì)算，達(dá)到臨界熱流密度時(shí)，每米長導(dǎo)線上總換熱量 ＝3.1416×0.001×1.1×106＝3456W，每米長導(dǎo)線的電阻：，按Ohm定律，,。7-30、在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)舉行壓力為1.013X105Pa的大容器沸騰實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用大電流通過小直徑不銹鋼管的主意加熱。為了能在電壓不高于220v的情形下演示囫圇核態(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。解：，，，，。達(dá)到臨界熱流密度時(shí)，換熱總量：按照ohm定律，，故該件的電阻，即每米長電阻應(yīng)為。7-31、試計(jì)算當(dāng)水在月球上并在105Pa及10X105Pa下作大容器飽和沸騰時(shí)，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），～，地球上時(shí)，，故月球上該壓力下；在壓力為時(shí)，，，，。兩種情形下月球的均為地球上相應(yīng)情形下的倍。7-32、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，試預(yù)計(jì)每平方米蒸發(fā)器外表面所能承擔(dān)的最大制冷量。-20℃時(shí)氨從液體變成氣體的相變熱(潛熱)，表面張力密度。解：℃時(shí)，。由式（6-20）得：。7-33、—直徑為5cm、長10cm的鋼柱體從溫度為1100℃的加熱爐中取出后，被水平地置于壓力為1.013X105Pa的盛水容器中(水濕已近飽和)。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，比熱容，發(fā)射率。解：工件置于水容器得眨眼形成了穩(wěn)定得瞙態(tài)沸騰，，由式（6-21），得輻射換熱系數(shù)按式（8-16）計(jì)算：故?？倱Q熱量：。工作得熱容量。故平均的溫度下降率為5048/718.89＝7.02℃/s。7-34如附圖所示，在軋制鋼板的過程中，