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文档简介
1、一、计算题1、一根直径为1mm的铜导线,每米的电阻为。导线外包有厚度为0.5mm,导热系数为0.15W/(mK)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为650C,绝缘层的外表面温度受环境影响,假设为400C。试确定该导线的最大允许电流为多少?解:(1)以长度为L的导线为例,导线通电后生成的热量为,其中的一部分热量用于导线的升温,其热量为:一部分热量通过绝热层的导热传到大气中,其热量为:。根据能量守恒定律知:即(2)当导线达到最高温度时,导线处于稳态导热,W/m,2、已知室外气温-12,室内温度20,室内对流换热系数25W/m2K,室外对流换热系数45W/m2K。砖墙厚240mm,导热系数0.56 W/
2、mK,用苯板保温,苯板后10mm,导热系数0.027 W/mK,保温后的装饰层厚度3mm,导热系数0.93 W/mK。假设砖墙内含有水分而且当温度低于0时就会结冰(结冰前后导热系数假设保持不变)。如图,试确定外保温和内保温情况下,那种保温方式会出现砖墙内结冰现象?为什么?解:装饰层热阻k/w苯板层热阻k/w砖墙层热阻k/w内侧对流热阻 k/w外侧对流热阻k/w不论是内保温还是外保温,热流密度均为W如果内保温,则砖墙外侧温度0C砖墙内侧温度0C如果外保温,则砖墙内侧温度0C砖墙外侧温度0C可见,内保温时,砖墙内的温度从-11.177变化到4.689,跨越了0,因此会出现墙内结冰。外保温时,墙内温
3、度从2.653变化到18.519,不会出现结冰现象。3、热电厂有一水平放置的蒸汽管道,保温层外径为400mm,壁温为50,周围空气的温度为20。计算单位蒸汽管道外壁面的对流散热损失。(35的空气物性参数为:;)形状流态参数Cn横圆柱层流过渡湍流0.480.01650.111/40.421/3解:这是一个自然对流换热问题。特征温度为此时空气得物性参数为: , (1分) (1分) (2分)查表得 (2分) (2分) (2分)4、管内壁温为100,水在管内流动,流量为0.5kg/s,水温从15升到45。管的内径为50mm,长4.5m。求管内流体与壁面间的平均换热系数。(水30时)解:水的特征温度为
4、(2分)水侧吸热量为 (1分) 管内换热面积为 (1分)圆管内对流换热的进出口换热温差: (2分)平均换热温差 (2分)平均换热系数 (2分)5、两块平行放置的平板1和2,相关尺寸如图示。已知:0C,0C,。试用网络法求: (1) 两平板之间的辐射换热量; (2) 若两平板均为黑体表面,辐射换热量又等于多少? 答:(1) W 若两表面为黑体表面,则 W6、(10分)利用一同心套管式换热器,将流量为225kg/h、比热为4188J/kgK的水由35加热至95,并用流量为225kg/h、比热2095J/kgK和温度210kg/h的油作为热流体。若总传热系数为550W/(K),且管外径为100mm。
5、求(1)该换热器是逆流式还是顺流式;(2)换热器的长度。解:由题意,水的进口温度为,出口温度为;油的进口温度为,出口温度为;设每程管子长度为(1) 由热平衡 则 (3)由于,则可以判断出该换热器为逆流换热器。 (2)(2) 逆流考虑时对数平均温差为 (3)又由,则 (2)二、简答题7、由导热微分方程可知,非稳态导热只与热扩散率有关,而与导热系数无关。你认为对吗?答:由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程,还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的控制方程只与热扩散率有关,但边界条件中却有可能包括导热系数(如第二或第三类边界条件)。因此上述观点不对。8、应用准则关联式求管内对流换热系数时,
6、定性温度如何确定?确定定性温度有何用处?答:应用准则关联式求管内对流换热系数时,定性温度原则上取进口截面流体温度的平均值。(2分)定性温度是以计算流体的物性。在整理实验数据时按定性温度计算物性,则整个流场中的物性就可认为时相应与定性温度下的值,即相当于把物性视为常数,于是物性场相似的条件自动满足。9、其他条件相同时,同一根管子横向冲刷和纵向冲刷相比,哪一个的表面传热系数大,为什么?答:(1)因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动,热边界层较厚。(2)横向冲刷时表面传热系数大。横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的涡旋,增加了流体扰动,因而换热强。10、已知在短波(1m)范围内,木板和铝板
7、的光谱吸收比分别为1、2,且12;在长波范围内则相反。当木板和铝板同时长时间地放在阳光下时,铝板温度比木板高。试解释这种现象。答:在短波(1m)范围内,木板()铝板(),木板()铝板(),铝与周围物体进行辐射传热时,辐射散热比木板少,所以在阳光下铝板温度高。11、北方深秋季节的清晨,树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下去面的哪一面结箱?为什么?答:霜会结在树叶的上表面。因为清晨,上表面朝向太空,下表面朝向地面。而太空表回的温度低于摄氏零度,而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说,其上表面需要向太空辐射更多的能量,所以树叶下表面温度较高,而上表面温度较低且可能低于零度,因而容易结霜。
8、12、如图所示的真空辐射炉,球心处有一黑体加热元件,试指出,3处中何处定向辐射强度最大?何处辐射热流最大?假设,处对球心所张立体角相同。答:由黑体辐射的兰贝特定律知,定向辐射强度与方向无关。故。而三处对球心立体角相当,但与法线方向夹角不同,。所以处辐射热流最大,处最小。13、(5分)横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷相比,横向冲刷的传热系数大,为什么?对管内强制对流换热,为什么采用短管和弯管可以强化流体换热?答:1、有三个因素造成横向冲刷比纵向冲刷的换热系数大:弯曲的表面引起复杂的流动,边界层较薄且不易稳定;管径小,流体到第二个管子时易造成强烈扰动;流体直接冲击换热表面。2、对管内强制对流,短管存在明显的入口段效应,入口段边界层较薄,局部表面换热系数大;弯管改变流体的流动方向,使流体产生了较大的扰动,破坏了边界层所以可强化换热。14、(3分)动力蒸汽管路,外径25cm,外面包上5cm厚的绝热材料,绝热材料导热系数,绝热层与环境间自然对流换热系数在。试问为了进一步减少散热损失是否应增加绝热层厚度?并说明原因。答:由于绝热材料对应的临界绝缘直径,蒸汽管路外径为,所以增加绝缘层厚度散热量会减小。
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