传热学第五版课后习题答案

1、如对您有帮助，欢迎下载支持，谢谢!传热学习题一建工版V0-14 一大平板,高3m,宽2m,厚0.2m,导热系数为45W/(m.K),两侧表面温度分别为twi =150 C9及tw1 =285寸，试求热流密度计热流量。解：根据付立叶定律热流密度为:q 二一 gradt=- . I tw2 -tw1X2 一 X1“ 285 - 150-45 I 0.2-30375(w/m负号表示传热方向与 x轴的方向相反。通过整个导热面的热流量为：:，=q A = - 30375(32) = 182250(W)0-15空气在一根内经 50mm,长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85 C,管壁对空

2、气的h=73(W/m2.k),热流密度q=5110w/ m2,是确定管壁温度及热流量？。解：热流量。=qA=q(二 dl)=5110(3.140.052.5)=2005.675(W)又根据牛顿冷却公式。-hA = t=h管内壁温度为：A(t w - t f ) = qA511073=155( C)1-1.按20c时，铜、碳钢(1.5%C )、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导 热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。解：(1)由附录7可知，在温度为 20c的情况下，入铜=398 W/(m K),入碳钢=36W/(m K),入铝=237W

3、/(m K),入黄铜=109W/(m K).所以，按导热系数大小排列为：入铜入铝入黄铜入钢(2)隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m K).(3)由附录8得知，当材料的平均温度为20c时的导热系数为：膨胀珍珠岩散料：入=0.0424+0.000137t W/(m K)=0.0424+0.000137 X 20=0.04514 W/(m K);矿渣棉：入=0.0674+0.000215t W/(m K)=0.0674+0.000215 X 20=0.0717 W/(m K);由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下，入=0.0350. 038W/(m K)。由上可知金属是良好的导热材料

4、,而其它三种是好的保温材料。1-5厚度8为0.1m的无限大平壁，其材料的导热系数入=100W/(m K),在给定的直角坐标系中，分别画出稳态导热时如下两种情形的温度分布并分析x方向温度梯度的分量和热流密度数值的正或负。(1)t|x=0=400K, t| x= =600K； t|x= s =600K, t| x=o=400K；解：根据付立叶定律t M .t_t pq -，gradt 二一,i - j - k；x ；y三zftq x "=x无限大平壁在无内热源稳态导热时温度曲线为直线，并且2-t1x dx x2 - x1x =0(a)(1) t|x=0=400K, t| x= =600K

5、 时温度分布如图2-5(1)所示根据式(a),热流密度 qx<0,说明x方向上的热流量流向x的反方向。可见计算值的方向符合热流量由高温传向低温的方向(2) t|x=600K, t|x=0=400K；温度分布如图2-5(2)所示图 2-5(1)根据式(a),热流密度 qx>0说明x方向上的热流量流向 x的正方向。可见计算值的方向也符合热流量由高温传向低温的方向6D021-6 厚度为50mm的无限大平壁，其稳态温度分布为t=a+bx(项匕式中、a=200 oC, b=-2000cC/m。若平板导热系数为 45w/(m.k),试求：(1)平壁两侧表面处的热流密度;原？为什么？如果有内热源

6、的话，它的强度应该是多大?(2)平壁相是否然振解：方法图 2-5(2)由题意知这是一个一维(£。)、稳态二程式可简化为:d2tdx 2(a)2因为t=a+bx ,所以生= 2bx dx(b)(c)(1)根据式（b）和付立叶定律2, d t 2- = 2b dx 2业一 2bx dxx-0(2)x=、一 2b =-2(-2000)450.05=9000(w/m将二阶导数代入式（a）2)d t 2 = -2b - -2 ( - 2000)45=180000w/mdx43该导热体里存在内热源，其强度为 1.8M10w/m 。 解：方法二2因为t=a+bx ,所以是一维稳态导热问题dt- =

7、 2bx(c)dx根据付立叶定律绝热放热dt2bx dx（1）qx-0 = 0,无热流量qx= = 2b =-2 (-2000) 45 0.05=9000(w/m 2)x=0 ,及x=跳有热交换，由（1）的计算结果知导热（2）无限大平壁一维导热时，导热体仅在边界 体在单位时间内获取的热量为x=0x=、. A area10-(-2b)Uareain =2b A area 0(d)负值表示导热体通过边界散发热量。如果是稳态导热,证导热体的温度不随时间变化即实现稳态导热。内热源强度：必须有二兆平衡这部分热量来保中in一 2b A area areaV volumeV volumeA area- -

8、2b2 ( 2000) 45=180000w/m32-9某教室的墙壁是一层厚度为240mm的砖层和一层厚度为 20mm的灰泥构成。现在拟安装空调设备，并在内表面加一层硬泡沫塑料，使导入室内的热量比原来减少80% 。已知科的导热系数 入=0.7W/(m K),灰泥的入=0.58W/(m K),硬泡沫塑料的 入=0.06W/(m K)，试求加贴硬泡沫塑料层的 厚度。解：未贴硬泡沫塑料时的热流密度 t1q1二 7；R 1 R 2加硬泡沫塑料后热流密度q2 tiR 1 R 12 R 2(2)w2 w1*-IWAAjw1>AAA-Ww2又由题意得，(1180%)。rq12(R 2墙壁内外表面温差不

9、变 A t二 t2 ,将(1)、(2)代入(3),20%R入i + R入2+R入3)0.240.0220%0.70.580.240.70.580.063 =0.09056m=90.56mm加贴硬泡沫塑料的厚度为 90.56mm.2-19 外径为100mm,内径为85mm的蒸汽管道，管材的导热系数为 入=40W/(m K),其内表面温 度为180 C,若采用入=0.053W/(mK)的保温材料进行保温，并要求保温层外表面温度不高于40 C,蒸汽管允许的热损失qi =52.3 W/m 。问保温材料层厚度应为多少?解：根据给出的几何尺寸得到：管内径 di =85mm=0.085m,管外径，d2=0.

10、1m,管保温层外径d3 = d2 2 = 0.1 2 32tw 1 - tw 3qiindidi12兀入2三 52.3intW3=40C时，保温层厚度最小，此时，180 - 40< 52.3ln U1in (0-12 )2 /400.0852 /0.0530.1解得， 0.072 m所以保温材料的厚度为 72mm.2-24. 一铝制等截面直肋，肋高为 25mm,肋厚为3mm,铝材的导热系数为 入=140W/(m K),周围 空气与肋表面的表面传热系数为 h= 75W / ( m2£k)o已知肋基温度为 80c和空气温度为 30C ,假定肋端的散热可以忽略不计，试计算肋片内的温度

11、分布和每片肋片的散热量。解一 肋端的散热可以忽略不计，可用教材式(2-35)、(2-36)、(2-37)求解。)(q°032 定 18行 1400.00 3 L(1)肋片内的温度分布ch m (i - x)ch (mi )_ 30)ch18.9(0.025 2ch (18.90.025)温度分布为 0 = 44 .96 父 ch 0.4725 一 18.9 x)(2) 肋片的散热量 h JhUAL e 0th(mi)7 7 S5 M ( L + 0.003 ). 2 1 140 M l . 0.0039 0th(mi)1 匚、752 1400.003 L( 80 - 30 )th(1

12、8.90.025)> 口 396.9Lth(0.4725)从附录 13 得，th(ml)=th(0.4725)=0.44： 396.9 0.44=174.6L(W)单位宽度的肋片散热量qL " / L=174.6(W/m)解二1、如果肋片上各点的温度与肋基的温度相同，理想的导热量6 0 = hA t=h2(L 父 l) 8 0 = 75 父 2 M 0.025(80-30) 父 L 0 = 187.5L(W)2、从教材图2-17上查肋片效率3/2 2hl3/2 I 1/ 2If0.0253/22 753/2 l 140 0.003 0.0251/ 2=0.4988 )f= 0.

13、 93、每片肋片的散热量d =力 0 f = 187.5L0.9 = 168.8L(W)单位宽度上的肋片散热量为qL = 168.8(W/m)2-27| 一肋片厚度为3mm,长度为16mm,是计算等截面直肋的效率。 (1)铝材料肋片，其导热系数 为140W/( m. K),对流换热系数 h=80W/(m2 . K); (2)钢材料肋片，其导热系数为40W/(m. K),对流换热系数 h=125W/(m2 . K)。解：(1)铝材料肋片=19.54m,180 2( 1 0.003 )1140 1 0.003ml - 19.54 0.016 : 0.3127th(ml)=th(0.3127); 0

14、.300496.1%th( ml ) _ 0.3004ml 0.3127(2)钢材料肋片hU 11252( 10.003 )- A 一 401 0.003=45.91m,i例题3-1ml = 45.91 0.016 = 0.7344th(ml)=th(0.734) = 0.6255th( ml )ml0.625585.2%无限大平壁厚度为0.73440.5m,生1500kg/m3,壁内温度初始时均为一致为体与壁面之间的表面传热系数h=8.15w/已知平壁的热物性参数,=0.815W/(m k), c=0.839kJ/(kg.k),186,给定第三类边界条件：壁两侧流体温度为8 oC,流(m2K

15、),试求6h后平壁中心及表面的温度。教材中以计算了第一项，忽略了后面的项。计算被忽略掉的的第二项，分析被省略掉的原因。 解：(x,)【0；2 sin 丁n 1 n sin n cos n-.2 FO1、例3-1中以计算出平壁的Fo=0.22, Bi=2.5。因为Fo>0.2,书中只计算了第一项，而忽略了后面的项。即( x, )2 sin 1%1 sin 1 cos 12、现在保留前面二项，即忽略第二项以后的项cos 1期 I(x, 6h)+II(x, 6h),其中-2 Fo eI( X, 6h )2 sin 11 sin 1 cos 1i cos 1-12 FoII( x, 6h)2si

16、n 22 sin 2 cos 2cos 2-2 Foe3、以下计算第二项II( x, 6h)根据Bi=2.5查表3-1 ,22 =3.7262, sin%0.5519； cos3.7262 = 0.8339a)平壁中心x=0II( 0m,6h)=2 sin 22 sin 2 cos 2cosII( 0m,6h)=II(0m,6h)2 ( 0.5519) 372622 0.223.7262 ( -0.5519) ( 0.8239 )e0.0124从例3-1中知第一项I(0m,6h) =0.9,所以忽略第项时“和”的相对误差为：II( 0m,6h)0.0124 -1.4%I( 0m,6h) II(

17、 0m,6h) 0.9+(-0.0124)(0,6h )=%1I(0,6h) II(0,6h) 1=(188) 0.9 一 0.0124 = 8.88 Ct(0m,6h) = ? 0m,6htf = 8.88 8 = 16.88( C )虽说计算前两项后计算精度提高了，但16.88 0C和例3-1的结果17 0C相差很小。说明计算项已经比较精确。b)平壁两侧x= 5=0.5mII( 0.5m,6h)2sin 2I cos2 sin 2 cos 20.52fo0.5 eII( 0.5m, 6h)2 ( 0.5519)II(0.5m,6h)3.7262 ( 0.5519) ( 0.8239) =0

18、.01372622 0.22( 0.8239 )e从例3-1中知第一项I(0.5m,6h)=0.38 ,所以忽略第二项时“和”的相对误差为:0.012.6% 0.38+0.01II( 0.5m,6h)I( 0.5m, 6h) II( 0.5m, 6h)(0.5m,6h ) = % iI(0.5m,6h)II(0.5m,6h) 1 (18 - 8) 0.38 0.01 = 3.9 Ct( 0.5m,6h) = 0.5m,6htf = 3.9 8 = 11.9( C )虽说计算前两项后计算精度提高了，但11.9 0C和例3-1的结果11.8 0C相差很小。说明计算一项已经比较精确。4-4 一无限大

19、平壁，其厚度为0.3m,导热系数为=36.4 w m* k平壁两侧表面均给定为第类边界条件即 h 二 60w/m2* k门=25 ； h2 = 300w'm2*kt,c=215q = 2 X105W / m3f2。当平壁中具有均匀内热源qvU m时，试计算沿平壁厚度的稳如对您有帮助，欢迎下载支持，谢谢!15hi态温度分布。=215° C=300w m2* k方法一数值计算法解：这是一个一维稳态导热问题。取步长A x=0.06m ,可以将厚度分成五等份。共用六个节点ti t2 t3 t4 t5 t6 将平板划分成六个单元体（图中用阴影线标出了节点 2、6所在的单元体）。用热平衡

20、法计算每个单元的换热量, 从而得到节点方程。节点1：因为是稳态导热过程所以，从左边通过对流输入的热流量 源发出的热流量=0。即+从右边导入的热流量 +单元体内热节点2:节点3:hiAtfitiA XA2 Jqv = 0从左、右两侧通过导热导入的热流量+单元体内热源发出的热流量 =0。t1 - 12t3 - t2A -2 A -2 A X q - 0XX从左、右两侧通过导热导入的热流量+单元体内热源发出的热流量 =0。tc tot, - tcA -3 A -3 A X q v= 0XX节点4:从左、右两侧通过导热导入的热流量+单元体内热源发出的热流量 =0。Ab A 生二t4A X q v= 0

21、XX节点5:从左、右两侧通过导热导入的热流量+单元体内热源发出的热流量 =0。A 仁& A 史1&A X q v= 0XX节点6:从左边导入的热流量 +从右边通过对流输入的热流量+单元体内热源发出的热流量=0。即h2A(tf2 t6 卢九 At6 十：Aqv = 0x I 2 )将九=36.4w/m* k 、 h1 =60w/m2* k tfi = 25 C h2 = 300w/m2* ktf2 = 215 C qv = 2X10W/m和a x=0.06m ,代入上述六个节点并化简得线性方程组 町：t1 0.91t2- 11.25=0； t1 + 13 2t2 + 19.78

22、= 0；t2 +t4 2ts+ 19.78 = 0 ；t3+15 2t4 + 19.78 = 0t4 +t6- 2t5+ 19.78 = 0 ；t5一1.49t6 + 8.41 = 0逐步代入并移相化简得：t1 = 0.91t2+11.25, t2 =0.9174t3+28.4679,t3 = 0.9237t4+44.5667 , t4 = 0.9291t5+59.785,t5 =0.9338t6+74.297, t6 = 0.6453t6+129.096则方程组的解为：t1 = 417.1895 , t2 = 446.087 , t3 = 455.22t4 = 444.575 , t5 =

23、414.1535, t6 = 363.95若将方程组工写成：1 -一 1-一t =0.91t2+11.25 , t2 =(t1 +t3+ 19.78 ) , t3 =(t2 + t4 + 19.78 ),I22 211t4 = -(t3 + t5 + 19.78 ), t5 = 3«4 + t6 + 19.78 ), t6 = 0.691t + 77.757可用迭代法求解，结果如下表所示：迭代次 数节点1t1节点2t2节点3t3节点4t4节点5t5节点6t60200.000300. 000300. 000300. 000300. 000200. 0001284.250260.0003

24、10.000310.000260.000278.4782247.85307.125294.89294.89304.129257.4173290.734310.898308.898309.400286.044281.2504294.167309.706320.039307.361305.215269.1425293.082316.993318.401322.517298.142281.9766299.714315.635329.645318.162312.137277.2447298.478324.570326.789330.781307.593286.6088306.609322.524337

25、.566327.081318.585283.5679304.747331.978334.693337.966315.214290.28510313.350329.61344.862334.844324.016288.667(2)、再设定步长为得出线性方程组细20.03m ( Ax=0.03m),将厚度分成十等份，共需要11个节点。和上述原理相同,*从迭代的情况看，各节点的温度上升较慢，不能很快得出有效的解。可见本题用迭代法求解不好。1.t1 = 0.9529t2+3.534； t2=-(t1+t3 + 4.945 )11产+5)945)1A1A-*945)1.1.一(4 + t8 + 4.94

26、5 卜 t8 = (t7 + t9 + 4.94522,1 ,1匕=% + + 4.945 )；、=(tg + 3 + 4.945 )22t11 = 0.8018to 44.6054同理求得的解为:t1 = 402.9256 , t2 = 419.13 , t3 = 430.403 , t4 = 436.746 , t5 = 438.135,t6 = 434.6 , t7 =426.124； t8 = 412.706, t9 = 394.346； t10 = 371.05,t11 = 342.11*上述划线的节点坐标对应于步长为0.06m时的六个节点的坐标。(3)、再设定步长为0.015m (

27、 Ax=0.015m),将厚度分成20等份，共需要21个节点。和上述原理相同，得到新的节点方程为:1t1 = 0.9759t2 +1.026 ； t2 =鼻(t1 + t3 + 1.2363 )1 1% = (t2 +t4 + 1.2363)； t4 = (t3 +t5 + 1.2363)2 2如对您有帮助，欢迎下载支持，谢谢!1 1t5二2-1.2363)；t6=2(t5f F2363)1t8 + 1.2363)； % =万通+ tg + 1.2363).1 , ,1 ,匕=«8 + 端 + 1.2363 )； 3。= (tg + 如 + 1.2363 )22.1 ,M=_(1 +

28、 电 + 1.2363 )；2 1t20119 t21 1.2363 ； t21 = 0.89t20 24.2053220移相化简为：t1 = 0.9759t2 +1.026 , t2 = 0.9765t3+2.2091% =0.977t4+3.3663, t4 = 0.9775t5+4.499t5 = 0.978t4+5.6091, t6 = 0.9785t7 +6.698,t = 0.9789t8+7.767, t8 = 0.9793t9+8.8173t9 = 0.9797t10 +9.8497, t10 = 0.9801tli+10.8654t11 =0.9805tl2+11.8656,

29、 t12 = 0.9809t13+12.8512t13 = 0.9813tl4+13.8234, t14 = 0.9816tl5+15.0597t15 = 0.9819tl6+16.0016, t16 = 0.9822t17+16.9314t17 = 0.9825tl8+17.8504, t18 = 0.9828tl9+18.7529t19 = 0.9831t20+19.6512, t20 = 0.9834t21+20.8875t21 = 0.89t20+24.2053=0.89(0.9834tl 20.8875) 24.2053 求得的解为：t1 = 401.6 C ,t2 = 410.5七

30、，t3=418.1 C,t4 = 424.5'Ct5 = 429.7 0t6 = 433.6 Ct7=436.3，C ,t8 = 437.8 t9 = 438.0©C , t10 = 437.0 C , t11 = 434.8, t12 = 431.4©Ct13 = 426.7 *C , t14 = 420.7 , t15 = 413.3 C , t16 = 404.6 t17 = 394.7 C , t18 = 383.5 C , t19 = 371.2 , t20 = 357.6 ,匕1 = 342.4 C方法二：分析法（参看教材第一章第四节）微分方程式为:辞工

31、0（1）边界条件:dtdx=-h t - 1门x =0（2）dtdx * x.=-h2 tf2=5（3）27dt qv由（1）式积分得 =x ' cdx q 2再积分得 t =二-x+cx+d（4）2c *- dtx = 0 时，t1 = d ；=cdxx4q 2dtx = S 时，t =-6 + c6 +d ；62九dxxy代入边界条件（2）、（3）式，并整理得tf2 - tf1qv / h2 +qv 2 / 2c=/ h2/ h1c1将 h1 h2 tf1 tf2 qv 九的值分别代入式得 c=619.89 /m、d=401.07'C将c、d、九、qv值代入式（4）得t =

32、 2747.25x2 619.89x+401.07的节点对应的坐标分别为 X1 = 0 m x2 = 0.06 n X3 = 0.12 n X4 = 0.18x5 = 0.24rn x6 = 0.3修相应的温度分别为t1 = 401.1C、t2 = 428.4 C、t3 = 435.9 C、t4 = 4236C、t5 = 391.60C t6 = 339BC不同方法计算温度的结果比较 0CX(m)00.060.120.180.240.3分析法401.1428.4435.9423.6391.6339.8数值法版m0.06417.2446.1455.2444.6414.2364.00.03402.

33、9430.4438.1426.1394.3342.10.015401.6429.7438.0426.7394.7342.2可见：第一次步长取0.06m,结算结果的误差大一些。 步长为0.03m时计算的结果已经相当准确。再取步长0.015m计算，对结果的改进并不大。必须提醒大家的是数值什算是和讦制机的发展密切相 连的。人们不需要手工计算庞大的节点线性方程组！第五章5-13由微分方程解求外掠平板，离前缘150mm处的流动边界层及热边界层度，已知边界平均温度为60 C,速度为 u“=0.9m/s。解：1、以干空气为例平均温度为60C,查附录2干空气的热物性参数 y =18.97 x 10-6m2/s

34、=1.897X 10-5m2/s,Pr=0.696离前缘150mm处Re数应该为Rexxux0.9 0.1518.97 10 年=7116.5Re小于临街Re,c( 510),流动处在层流状态6_1/-2=5.0RexXL C 1=5.0 7 Rex ，1x = 5 ( ) 0.15、7116.5=0.00889(m) = 8.9mm所以，热边界层厚度：t = Pr1/3 = 0.00890.693 1/3 = 0.01(m)=10mm2、 以水为例平均温度为60 C,查附录3饱和水的热物性参数 72y =4.78 X 10 m /sPr=2.99离前缘150mm处Re数应该为Rexxu

35、76;°x0.9 0.1552.82427 1050.478 10Re小于临街Re,c( 510 5),流动处在层流状态_1/-2=5.0Rexv282427) 0.150.00141(m)=1.41mm所以,热边界层厚度：Pr 1/3 = 0.001412.99 1/30.00098(m)=0.98mm5-14 已知 tf=40C, tw=20C, u =0.8m/s,板长 450mm,求水掠过平板时沿程 x=0.1、0.2、0.3、0.45m 的局部表面传热系数，并绘制在以为纵坐标，为横坐标的图上。确定各点的平均表面传热系数。解：以边界层平均温度确定物性参数1 ,1 一一 一一、

36、tm = (tw + tf )= (20+40 )= 30( C ),查附表 3水的物性为：2 20 =0.618W / m K , y =0.805 X 10-6m2/s, Pr=5.42在沿程0.45m处的Re数为Re xu"0.8 0.450.80510 一6=4.47 105该值小于临界Rec=5X 105,可见流动还处于层流状态。那么从前沿到x坐标处的平均对流换热系数应1)=2hx = 0.664 x0.618=0.664 x=0.1m 时Re xu xooR Re x 3 PrRex 3542八 rc Rex: 0.720.8 0.10.80510 一699400Rex

37、994002h = 0.72=0.722270 W/m2 K0.1局部换热系数hx1135 W/m2 K2)x=0.2m 时Re x0.8 0.20.80510 一6= 1.9875105Rex c” h = 0.72= 0.72.19875021604.9 W/m2 K0.2hx = 802.5 W/m2 K x3)x=0.3m 时Re xu”0.8 0.30.80510 与=2.9814105Rex h = 0.72=0.72 298140= 1310.4 W /m2 K0.3hx = 655.2 W/ xm2 K4)x=0.45m 时Re xu"0.8 0.450.805 10

38、 M=4.472105/Rex、4472002h = 0.72= 0.72= 1070.1 W/m2 Kx0.45hx = 535.1 W/m2 Kx第八早6-17黄铜管式冷凝器内径 12.6mm,管内水流速1.8m/s,壁温维持80 C ,冷却水进出口温度分别为28c和34C,管长l/d>20,请用不同的关联式计算表面传热系数。解：常壁温边界条件，流体与壁面的平均温差为t t 80 2880 34t = - = 48.94( )冷ln t / t ln 180 - 281/180 - 341却水的平均温度为tf = tw 一 t=80-48.94=31.06 C由附录3查物性，水在tf

39、及tw下的物性参数为：tf=31 C 时，入 f= 0.6207 W/(m K), 丫 f=7.904X 10-7m2/s,Prf=5.31,pf=7.8668 x 10-4N s/m2tw=80 C 时,pw=3.551 X 10-4N s/m2。所以d UmVf0.0126 1.87.904 10-7=28700 10000水在管内的流动为紊流。用Dittus-Boelter公式，液体被加热Nuf = 0.023 Re0.8 Pr0.4Nuf = 0.023 287000.8 5.310.4 = 165.2f0.62072h = Nuf'=165.2= 8138.1 W/m2 Kf

40、 d0.0126用 Siede-Tate 公式0.14Nuf = 0.027 Re0.8 Pr1/3 wNu f=0.0270.14081/3 7.8668287000.8 父 5.311/31I 3.551 )=194f0.62072h = Nuf'=194= 9554.7 W/m2 Kf d0.01266-21管式实验台，管内径 0.016m,长为2.5m,为不锈钢管，通以直流电加热管内水流，电压为 5V , 电流为911.1A,进口水温为47C,水流速0.5m/s,试求它的表面传热系数及换热温度差。 (管子外绝 热保温，可不考虑热损失)解：查附录3,进口处47c水的密度为=989

41、.22kg/m3质量流量为mf = V= um r2mf =989.33 0.5 3.14 0.008 2 = 0.0994kg/s不考虑热损失，电能全部转化为热能被水吸收tLtf已mc pui - mfcp(tf - tf)5 911.1 =47 0.0994, p水的Cp随温度变化不大，近似取p50 c时的值 4.174kJ/kg.K计算UI5 9111+ * = 7 + = 47 +_f f3mcD 0.0994 4.174 103 p常热流边界，水的平均温度=58 Ctftf ' tf47582: 52.5 C查附录3饱和水物性表得:-6 2-2Vf = 0.537 10 m

42、/s, f = 65.1 10 W/(m K)Cp = 4.175KJ / (Kg K), Prf = 3.40, ： = 986.9Kg/m3RefUmd0.5 0.0160.537 10一61.4898 104采用迪图斯-贝尔特公式Nuf = 0.023 Re0.8 Pr0.4Nuf = 0.023( 1.4898 104 )0.8 3.40.4 = 81.81h1 = Nu f d81 .810.6510.0163328.6 W / (m2 K )壁面常热流时，管壁温度和水的温度都随管长发生变化，平均温差9hAUIh 二 dl5911 .13328 .63.140.016=10.9 C

43、2.56-35水横向掠过 5排叉排管束，管束中最窄截面处流速u=4.87m/s,平均温度tf=20.2 C ,壁温s1s2tw=25.2C,管间距 = =1.25 , d = 19 mm,求水的表面传热系数。 dd解：由表6-3得知叉排5排时管排修正系数卷=0.92查附录3得知，tf = 20.2 C时，水的物性参数如下：入 f = 0.599W/(m K), 丫 f =1.006 x 10-6m2/s, Prf=7.02,而 tw=25.2 C 时,Prw=6.22。所以um dVf4.87 0.01910.06 10-791978<2 105查表6-2 (管束平均表面传热系数准则关联

44、式)得:0.250.2PrfsNuf =0.35 Ref0.36f , zPrW电0.25Nuf=0.35 91 9780.367.02、0.2(1.25)父 0.92=21.25<6.22 )Nuff 21.25 0.5992 1XhfL = 669.4 W / m Kd0.019例6-6空气横掠叉排管束，管外经 d = 25mm,管长l = 1.5m,每排有20根管子，共有5排，管间距为S =50mm、管排距为Sz = 37mm。已知管壁温度为tw=110C,空气进口温度为 tf = 15 ,求空气与壁面间的对流换热系数。解：对流换热的结果是使空气得到热量温度升高，对流换热系数一定时

45、出口温度就被确定了。目前不知空气的出口温度，可以采用假设试算的方法。先假定出口温度为25 C,则流体的平均温度15 252=20 C查物性参数cp = 1005J/(kg K)=0.0259W/(m K);=15.06 10空气的最大体积流量为Vmax =V0 Tf = 5000 273+25 = 5457 m3 / h = 1.516m3 / s 0 T0273空气在最小流通截面积Fmin = s, d IN - (0.05 0.025) 1.5 20=0.75 m2处达到最大速度V 1516 u = -m = 2.02m / sFmin 0.75umaxd2.02 0.025Ref=335

46、315.06 104 ax .表6-3 z = 5排时，修正系数 &z = 0.92S150又11.33 2S237.5表6-20.2 _ 06 SNuf = 0.31 Re01%ffS2zNuf = 0.31 33530.61.330.2 0.92=39.37对流换热系数Nufh=d39.37 0.0259 、人”40.790.025/ m2 K这样大的对流换热系数应该是空气出口温度达到tf ihA tw - tf = mcp tfitf ihA tw tftf + -= tf + mcph dlNz tw tfcP1.293 5000/3600 1005tf i15+24 = 39

47、 C计算的出口温度与初步设定的值 tf = 25 有差异。再设出口温度为 t； 1 = 39 "C ,重复上叙计算过程。15 39 =27 C查物性参数=0.0265W/(m K);15.72 10" cp = 1005J/(kg K)空气的最大体积流量为Tf 5000 =XT03600273+3931.587m / s 273最大速度max1.5872.12m / s 0.75Refumaxd2.12 0.02515.72 10飞=336540.79 3.14 0.025 1.5 20 5 110- 20 15+表6-2Nuf=0.31 Re0.60.2 'SjN

48、u f= 0.31 33650.6 1.330.2 0.92=39.46对流换热系数Nuf h= 一 d39.46 0.0265. »41.820.025/ m2 K这样大的对流换热系数应该是空气出口温度达到tf 1hA tw tf = mcp tfitf 1hA tw tftf+mcptf+h dlNz tw tf0cp1.293 5000/3600 100541.82 3.14 0.025 1.5 20 5 110 27= 15+ =15+22.7 = 37.7 C这个值与假定值很接近， 所以出口温度就是37.7oc,对流换热系数为h=41.82W / （m2 K第七章7-3水平冷凝器内，干饱和水蒸气绝对压强为1.99X 105Pa,管外径16mm,长为2.5m,已知第一排每根管的换热量为 3.05X 104J/s,试确定第一排管的凝结表面传热系数及管壁温度。解：干饱和蒸汽在水平管外凝结。每根管的凝结热流量=hA&t = hA（ tw ts）（i）由课本附录查得，压强1.99父105Pa对应的饱和温度t= 120c、潜热 r=2202.3kJ/kg计算壁温需要首先计算对流换热系数ho而h又与壁温有关。先设定壁温为 tw = 10