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1、5-115-115-4 一常物性的流体同时流过温度与之不同的两根直管1 与2，且d1=2d2。流动与换热均已处于紊流充分发展区域。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过两管；:(1) 流体以同样流速流情形下两管内平均表面传热系数的相对大小过两管；(2) 流体以同样的质量流量流过两管。解： ( 1)当以同样流速流过两管时，u1 u2hl0.8 nNu 0.23Re Prh1 Nu1l2h2h1 Nu1l2h2Nu 2l10.8d1h1d2h2d1d2d2d110.820.87122)当以同样质量流量流过两管时，h1u2)当以同样质量流量流过两管时，h1u1d10.8 d21h2

2、u2d2 d140.80.5112210.2872 TOC o 1-5 h z Q1Q2u1Q1 / A1A21u2Q2 / A2A145-9 水以 1.2m/s的平均流速流过内径为20mm 的长直管。(1)管子壁温为75，水从20加热到70 ;(2)管子壁温为15，水从70冷却到20。试计算两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别解： (1)定性温度tf tf tf 452查 45水的物性参数有：990.2kg/m3,Cp 4.174kJ/(kg K),0.642W /(m K),v 0.608 10 6m2 /sPr 3.93,601.4 10 6 kg/m s3tw 15时：Re d d

3、 1.2 20 103.95 104为紊流流动wwv 0.608 10 6则 Nu 0.023Re0.8 Prn hd 因为是被加热，所以n 取 0.4h 6071.1W/m2 Kh 20 10 3h 6071.1W/m2 K0.023 (3.95 104)0.8 3.930.40.642tt(2)定性温度tf tf 2tf 45， 物性参数与( 1) 相同， 因为是被冷却，所以 n 取 0.3Nu 0.023Re0.8 Pr0.3hd3h 20 10 34 080320.023 (3.95 104)0.8 3.930.3h 5294.5W/m2 K0.642h 不同是因为：一个是被加热，一个

4、是被冷却，速度分布受温度分布影响， Nu不同。5-11 现代储蓄热能的一种装置的示意图如附图所示。一根内径为25mm的圆管被置于一正方形截面的石腊体中心，热水流过管内使石腊熔解，从而把热水的显热转化成石腊的潜热而储蓄起来。热水的入口温度为60 ,流量为0.15kg/s。石腊的物性参数为:熔点为27.4，熔化潜热Ls=244kJ/kg，固体石腊的密度 s=770kg/m3。假设圆管表面温度在加热过程中一直处于石腊的熔点 ， 试 计 算 把 该 单 元 中 的 石 腊 全 部 熔 化 ,热 水 需 流 过 多 长 时 间 ?b=0.25m， l=3m。解：设暂取入口水温度为定性温度t 60时，物性

5、参数为：983.1kg/m3,Cp 4.179kJ / kg K, 65.9 10 2W /m K,v 0.478 106m2/sPr 2.99Reud0.15 4dvReud0.15 4dv16256.8所以为紊流。0803 hd32Nu 0.023Re0.8 Pr0.3 hd h 1.97 103W/m2 K1h dl(tw tf )1 d2 umCp(tftf )tf42.44tftftftftf251.2 查物性参数：Cp 4.175kJ /kg K,v 0.547 10 6m2 /s,987.5kg/m3,Pr 3.4740.6493W / m KRe 14142.9为紊流2t ft

6、 fh 1815.15W / m K t f 43.4 tf51.7 21则 h dl(tf tw)tsl(b2d2)Ls t 3363s45-15 温度为 0的冷空气以6m/s 的流速平行地吹过一太阳能集热器的表面。该表面呈方形，尺寸为lm lm，其中一个边与来流方向相垂直。如果表面平均温度为20，试计算由于对流而散失的热量。解：定性温度tm0 20 10m2查 10空气的物性参数：1.247kg/m3,Cp 1.005kJ/kg K,Pr 0.705,2.51 10 2W/m K17.6 10 6kg/m s,v 14.16 10 6m2/sul55Re4.2 105 5 105为层流流动

7、。则 Nux 0.664Re0.5 Pr1/ 3 hl h 9.67W/m2 K x则由对流而散失热量Q hA t 9.67 1 20 193W5-25 一未包绝热材料的蒸汽管道用来输送150的水蒸气。管道外径为 500mm， 置于室外。冬天室外温度为-10。 如果空气以5m/s流速横向吹过该管道，试确定其单位长度上的对流散热量。解： tw 150查得 t10空气的物性参数：1.342kg/m3,Cp 1.009kJ / kg K, 2.36 10 2W/m K, 16.7 10 6kg/m sv 12.43 10 6m2/s,Pr 0.712ud55Re u 2.01 105 2 105所以

8、用简化公式Nu 0.02Re0.8 hd h 16.5W / m2 K单位长度对流散热量Q h dl t 16.5 3.14 0.5 160 4144.8W5-28 在锅炉的空气预热器中，空气横向掠过一组叉排管束，s1=80mm， s2=50mm，管子外径d=40mm。空气在最小截面处的流速为6m/s,流体温度tf=133，流动方向上的排数大于10，管壁平均温度为165。试确定空气与管束间的平均表面传热系数。解：tf 133查空气133物性参数：0.8694kg/m3,Cp 1.0116kJ / kg K, 3.4375 10 2W/m K, 23.385 106kg/m s 62v 26.6

9、275 10 6m2/s,Pr 0.685Re ud 8.923 103又因为S11.6 2，所以用简化公式:S20.6 S1 0.2 hd2Nu 0.31 Re ()h 68.65W / m KS25-33 假设把人体简化成为直径为275 mm、 高 1.75m的等温竖直圆柱，其表面温度比人体体内的正常温度低2，试计算该模型位于静止空气中时的自然对流散热量，并与人体每天的平均摄入热量(5440kJ)相37计算，环境温度为25。解：定性温度tm 35 25 30m2查 30空气物性参数如下：2.67 10 2W/m2 K,v 16.0 10 6m2/s,Pr 0.7011339.8(35 25

10、) 1.753则 Gr96.771 109g (tw 则 Gr96.771 109(16 10 6)2(Gr Pr)m 6.771 109 0.701 4.75 109109为紊流hl则 Nu 0.1(Gr Pr)1/ 3 hl h 2.564W / m2 K则自然对流散热量Q h dl t 2.564 3.14 275 10 3 1.75 10 38.77WQ总38.77 24 3600 3349.4kJ3349.4kJ 5440kJ5-36 一块有内部电加热的正方形薄平板，边长为30cm，被竖直地置于静止的空气中。空气温度为35。为防止平板内部电热丝过热，其表面温度不允许超过l50。试确定所允许的电热器的最大功率。平板表面传热系数取为8.52W/(m2 K)。解：定性温度tm 35 150 92.5m2查空气物性参数得：v 22.4 10 6m2/s,3.15 10 2W /m