1、第 6 章單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式課堂講解課后作業(yè)【6-1】在一臺(tái)縮小成為實(shí)物1/8的模型中，用20C的空氣來模擬實(shí)物中平均溫度為200E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)為多少若模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為195W/(m? K)，求相應(yīng)實(shí)物中的值。在這一實(shí)物中，模型與實(shí)物中流體 的Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等，你認(rèn)為這樣的模化試驗(yàn)有無實(shí)用價(jià)值【解】空氣在20 C(模型)和200C(原型)的物性參數(shù)為：V2=x 10-6m/s，入2=x 10-2W/(m? K)，Pr2=；Vi=x 10-6m/s，入1=X 10-2W/(m? K)，Pri=；根據(jù)相似理論，模型與實(shí)物中

2、的Re Re2，U1U2I2由于NU1NU2，【6-7】試計(jì)算下列情形下的當(dāng)量直徑：(1)邊長為a及b的矩形通道：(2)同(1)，但ba；(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)。【解】,D2d2(1) de4Ac4ab2 a b2aba bde2aba bu2U|一2|16.031506 1068 20.85m s34.85 106hilih2I2-h1葉1考慮到Pr數(shù)不是影響換熱的主要因素,用價(jià)值的。1953.93 102-2236.99W m2K2.59 1028而且數(shù)值十分相近，故而這樣的模化試驗(yàn)是有

3、實(shí)4 -44D d4Acdede/ D2d24n 4代4 4 V D n dD2nd2D nd【6-8】換熱已處于湍流充分發(fā)展區(qū)域。試確定在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)(2)一常物性的流體同時(shí)流過溫度與之不同的兩根直管i與2,且的di=2d2。流動(dòng)與流體以同樣流速流過兩管；流體以同樣的質(zhì)量流量流過兩管。hd【解】NUf0.023Re0.8PrfnO.O23Re0.8Prfnh 0.023Re0.8Prfn0.023d0.8ud0.8nc ud Cp0.023pdhi0.023Cp0.8UidiCph20.0230.8U2d2n0.80.023晌h!h2CP_0.8nu

4、idi0.023Uzd?Cpd2iU2d2id2人0.2d20.8Uid20.2 0.8Ui 0.20.8diU2diU2diCp0.8idi0.8id2(1)流體以同樣流速流過兩管:Ui0.2U2,di0.82d2hid22d2(2)流體以同樣的質(zhì)量流量流過兩管:qmih2UiUi20.20.8706iUA2U2A20.22 O8h,d2d2dih2diqm2,di2d2U2d224di2d2dii.8d2di41.8d221.80.28722d2氫氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)時(shí)為27 r，離開發(fā)電機(jī)時(shí)為88r。發(fā)電機(jī)的效率為%氫氣出發(fā)電機(jī)后進(jìn)入一正方形截面的管道。若要在管道中維持Re=i05，問其截面積應(yīng)

5、為多大氫氣的物性為Cp=(kg? K)、n =xiO-4Pa?s。【解】發(fā)電機(jī)中的發(fā)熱量為6 6i P i 0.985i00 i0 i.5 i0 W【6-i7】一臺(tái)iOOMW勺發(fā)電機(jī)采用氫氣冷卻。這些熱量被氫氣吸收并從27C上升到88C，由此可定氫的流量qm：1.5 10610388 27qmCpAtqm設(shè)正方形管道的邊長為CpAtL,則有當(dāng)量直徑4 AcPde14.244L24L1.727 kg s雷諾數(shù)ReUdeUdeuLqmAcL2qmUL2ReULqmRe1.727450.087 10101.985 m2 2AcL 1.98523.940 m管子壁溫為75r，水從【6-19】水以1.2

6、m/s平均速度流入內(nèi)徑為20mm勺長直管。(1)15C，水從70E冷卻到20E。試計(jì)算兩種情形下的表面2or加熱到7or； (2)管子壁溫為 傳熱系數(shù)，并討論造成差別的原因。【解】U=1.2m/s,d=0.02m(1)加熱條件：平均溫差I(lǐng)oAtm定性溫度tftftf270 20,75 20 In75 7020 70220.85 C,滿足中等以下溫差的條件。RefudNUf45 C，則=x 1o-6m/s，1.2 0.020.6075 10-60.80.40.023 Ref Prf入=x 10-2W/(m? K), Pr=;3950610000，進(jìn)入旺盛湍流區(qū)。0.023 395060.83.9

7、250.4189.0664.15 102/2NUf1.8906 - 6064.04 W m Kd一0.02(2)平均溫差A(yù)tm定性溫度tfWtf220 70,15 70 In15 2020 70220.85 C,滿足中等以下溫差的條件。RefudNUf45 C，則=x 1o-6m/s，1.2 0.02-60.6075 100.023 RePr32入=x 10-W/(m? K), Pr=；3950610000，進(jìn)入旺盛湍流區(qū)。NUf0.023 395060.83.9250.3164.90264.15 10164.90 -d0.02f 25289.06 W m K因?yàn)榧訜幔谔帨囟雀撸黧w黏度減

8、小，對(duì)傳熱有強(qiáng)化作用；冷卻時(shí)，近壁處溫度低, 流體黏度增加，對(duì)傳熱有減弱作用。6-27】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。為了使外掠平板的流動(dòng)達(dá)到5X 105的Re數(shù)，問平板需多長。設(shè)來流溫度為30C，平板壁溫為70C。如果平板溫度系用 低壓水蒸氣在夾層中凝結(jié)來維持，當(dāng)平板垂直于流動(dòng)方向的寬度為20c m時(shí)，試確定水蒸氣的 凝結(jié)量。風(fēng)洞的壓力可取X 105Pa。twt2入=X 10-W/(m? K)，Pr=；uxRex【6-44】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35C。為防止平板內(nèi)部電熱絲過熱，其表面溫度不允許超過150C。試確定所

9、允許的電加熱器的最大功率。平板表面輻射換熱系數(shù)取為W/(m2? K)。生口92.5 C2 2V=X 10-6m/s，入=X 10-2W/(m? K)，Pr=；gVAtl3g Atl39.8 150 35 0.338Gr碁-花1.664 108【解】定性溫度tV=X10-6m/s，在70 C時(shí)，氣化潛熱517.95 1065 100.2244 m40一 . 一 一5:x Rex u12135 121 3Nu 0.664Re12Pr130.664 5 1050.698416.49.83 1022Nu 416.49 - 52.53 W m2Kx0.2244r=kg，設(shè)凝結(jié)水量qm,根據(jù)能量平衡hAA

10、t rqm52.53 0.2244 0.270 30-5,34.0398 10 kg s 0.1454 kg h2334.1 103hAAtqmr【6-35】一未包絕熱材料的蒸汽管道用來輸送150C的水蒸氣。管道外徑為500mm置于5m/s的流速橫向吹過該管，試確定其單位長度上室外。冬季室外溫度為-10C。如果空氣以 的對(duì)流散熱量【解】d定性溫度0.5m , A twt2Vtmdl 0.5 1150 ( 10)2=X10-6m/s，ud Re1.57m270 C入=X 10-2W/(m? K)， Pr=； 5 0.5612487520.02 10640000 Re 400000Nu 0.026

11、6 Re0805Pr130.0266 12487508050.69413298.32h Nu-298.32.96 1017.6598 W m2Kd0.5hAtwtf17.6598 1.57 150104438.397 W【解】定性溫度tmT 273.15 92.522.36 10641.43 10Num0.59 GrPr；0.599Gr 3 101.664 181 4I080.689561.0673.15 102丿2h Num61.0676.412 W mKl0.3對(duì)流換熱量chAtwtf6.412 0.33150 3566.36 W輻射換熱量rhrA twtf8.25 0.33150 3588.18 W總散熱量：cr154.55 WC1由于平板可以兩面同時(shí)散熱，故允許電加熱功率為2 154.55W309.09 W【6-61】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=180