单相对流传热的试验关联式杨世铭,陶文栓,传热学,第四版,答案

1、第6章单相对流传热的实验关联式课堂讲解课后作业【6-1】在一台缩小成为实物1/8的模型中，用20c的空气来模拟实物中平均温度为 200c 空气的加热过程。实物中空气的平均流速为6.03m/s,问模型中的流速应为多少若模型中的平 均表面传热系数为195W/(m 3.93 10 22 2 36.99W, m2 K 2.59 10 2K),求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实物中流体的Pr数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值【解】空气在20 C (模型)和200c (原型)的物性参数为：2=xi0m2/s, 22=x 10W/(mK), Pr2=;vi=xi0m2/s, A1=x 1

2、0W/(mK), Pr1=;根据相似理论，模型与实物中的 Re Re2 ,u1l1 u2由于NUik U26.031 l2NU2, 饵11» 几 hA1 195 11i 2815.06 1066 8 20.85m s34.85 106h2l2考虑到Pr数不是影响换热的主要因素，而且数值十分相近，故而这样的模化试验是有实 用价值的。【6-7】试计算下列情形下的当量直径：(1)边长为a及b的矩形通道：(2)同(1),但 b<<a；(3)环形通道，内管外径为d,外管内径为D;(4)在一个内径为D的圆形筒体内布置了 n根外径为d的圆管，流体在圆管外作纵向流 动。【解】4ab2 a

3、 b2aba b(2) de(3) de2ab 2ab - 2ba b a/ D2 d24 4Ac 44P D d(4) de41 n£4Ac44D2 nd2D nd【6-8】一常物性的流体同时流过温度与之不同的两根直管I与2,且的di=2d20流动与换热已处于湍流充分发展区域。试确定在下列两种情形下两管内平均表面传热系数的相对大 小：流体以同样流速流过两管；流体以同样的质量流量流过两管。【解】NUf 0.023Re°.8Prfnhd0.023Re0.8Prfnh 0.023Re0.8Prfn0.023d0.8Ud0.8nC CCC Udcp0.023pdhi0.023cp

4、0.8Uidicph20.0230.8U2d2cpdind20.8Uid) 0.023Acpuidi0.8ih20.0230.8U2 d2dincpd2u2d2idi0.8 ,d20.20.8d2 Ui, 0.20.8di U20.2d2 di0.8UiU2(1)流体以同样流速流过两管:hih2Ui0.2di0.82d2d22d 2Ui2 0.20.8706Ui(2)流体以同样的质量流量流过两管:1U1a12U2A2qmiqm2 ， diA Ui2d22 A2U21 Adi2d2 di0.22 0.8A d2 d2h2d1di1.8d2 di41.8d22 1.8 0.28722d26-I7

5、一台I00MW的发电机采用氢气冷去|3。氢气进入发电机时为 27C,离开发电机时为88Co发电机的效率为,氢气出发电机后进入一正方形截面的管道。若要在管道中维 持Re=105,问其截面积应为多大氢气的物性为Op=(kgK) r=x 10Pas【解】发电机中的发热量为_661 P 1 0.985 100 101.5 10 W这些热量被氢气吸收并从27 c上升到88 C,qmcp 设正方形管道的边长为L,qmCp At则有当量直径由此可定氢的流量qm：1.5 10614.24103 88 271.727 kg s雷诺数qmUL2ReuLdeReqm4 AcPudeAc4L24LUdeqmRe.22

6、Ac L 1.985uLL21.7271 4T"50.087 1010_ _23.940 m1.985 m【6-19水以1.2m/s平均速度流入内径为20mm的长直管。(1)管子壁温为75C ,水从 20c加热到70C； (2)管子壁温为15C,水从70c冷却到20C。试计算两种情形下的表面 传热系数，并讨论造成差别的原因。【解】u=1.2m/s, d=0.02m。(1)加热条件：平均温差Atm2，20.85 C ,满足中等以下温差的条件。,75 20 ln75 70定性温度tf Jf 20 70 45 C,则22bX 10m2/s,烂 x 10W/(mK), Pk；Ref 1.2

7、0.02 6 39506 10000 ,进入旺盛湍流区。0.6075 10-6Nuf 0.023Re0.8Prf0.4 0.02 3 3 9 5 0 6 0.83.92 50.4 1 89.0664.15 102h Nuf1.89066064.04 W m Kd0.02(2)平均温差Atm20 70 15 70ln 15 2020.85 C ,满足中等以下温差的条件。定性温度tf200 45 C,则22年乂 10m2/s,烂x 10W/(mK), Pk；Ref 1.2 0.02 6 39506 10000 ,进入旺盛湍流区。0.6075 10-Nuf 0.023 RefPr* 0.023 39

8、5060.83.9250.3 164.90-264.15 10f 2h Nuf - 164.90 5289.06 W/ m Kd0.02因为加热，近壁处温度高，流体黏度减小，对传热有强化作用；冷却时，近壁处温度低, 流体黏度增加，对传热有减弱作用。【6-27】一个亚音速风洞实验段的最大风速可达 40m/s。为了使外掠平板的流动达到5X 10 的Ra数，问平板需多长。设来流温度为 30 C,平板壁温为70C。如果平板温度系用低压水 蒸气在夹层中凝结来维持，当平板垂直于流动方向的宽度为20cm时，试确定水蒸气的凝结量。风洞的压力可取xi0Pa。【解】定性温度tm 里一L 3°-2

9、6; 50 C22年乂 10m2/s,烂x 10W/(mK), Pk；uxRex5 17.95 10 65 10 0.2244 m40 12_13 _5 1 2 1 3_ _Nu 0.664Re12Pr0.664 5 1050.698416.49在70c时，气化潜热2.83 10 22Nu 416.49 52.53 W m2 Kx0.2244r=kg,设凝2水量qm,根据能量平衡hA At qmhA At rq m52.53 02244 0.2 70 302334.1 1034.0398 10-5 kg s 0.1454 kg. h【6-35】一未包绝热材料的蒸汽管道用来输送 于室外。冬季室外

10、温度为-10C。如果空气以5m/s 上的对流散热量。150c的水蒸气。管道外径为 500mm,置 的流速横向吹过该管，试确定其单位长度【解】d 0.5m , A定性温度 tm J2dl0.5 11.57m2150 ( 10)2h x 10m2/s, udRe 70 C号 X10W/(mK), Pr=;5 0.56 12487520.02 10 640000 Re 400000Nu 0.0266 Re0.805Pr13 0.0266 124875 0805 0.69413 298.32h Nu - 298.3.17.6598 W m2 Kd0.5hAtw tf 17.6598 1.57 1501

11、04438.397 W【6-44】一块有内部加热的正方形薄平板，边长为 30cm,被竖直的置于静止的空气中， 空气温度为35Co为防止平板内部电热丝过热，其表面温度不允许超过150C。试确定所允tm150 35 92.5 Cm定性温度许的电加热器的最大功率。平板表面辐射换热系数取为W/(m2K)o22h x 10m2/s,烂 x 10W/(mK), Pr=;g vAtl3 g Atl39.8 150 35 0.338Gr g V2g-y- 2 1.664 108226 2T 273.15 92.522.36 10 6_ 4 _ 91.43 10Gr 3 10Num 0.59 GrPr 1m4O

12、1 4h Num对流换热量 辐射换热量 总散热量：hA tw tf61.067 l6.412 0.33hrAtw tf 8.25 0.33 r 154.55 W3.15 10 20.3150 35150 356.412 W m2 K66.36 W88.18 W0.59 1.664 108 0.689561.0672 154.55W 309.09 W。6mm、外径为d0 10mm的钢管中，其【解】t=180C物形参数：3.78 10 232.49 10 6,Pr 0.681Re2.85 0.0132.49 10 61538.9Nu0.683 Re046618.36 3.781Pr310 218.

13、360.013.14 0.0169.40tH tf根据(2-37)，有0.01t00.00314m2 tfCh(mH)mH53.429- 3.78 10 2 0.0040.1 67.749由于平板可以两面同时散热，故允许电加热功率为 【6-61如图为热电偶温度计，置于内径为 di35W/m K ,钢管的高度H 10cmo用另一热电偶测得了管道表面温度，设t1 180 C , t2 100 C, U 5m/S。不考虑辐射换热的影响。求：来流温度。当温度3 35c的气流以u1 60m/sCh(mH ) 190.736-70、已知：对燃气轮机叶片冷却的模拟实验表明,的速度吹过特征长度l1 0.15m、壁温tw1 300 c的叶片时，换热量为1500W。现在有第二种340 C。两种情况下叶片均可作为二维问工况：t2 35c、u2 40m/s、l2 0.225m、tw2 题处理，