《热工基础(张学学 高教》课后答案 第十章习题解答

10和空气都以速度 1u m/s 分别平行流过平板，边界层的平均温度都为 50 C，试求距平板前沿 100 流动边界层及热边界层的厚度。 解：对水：由 50查附录 3水的物性表得到： ， ， 56 7 1 1 7 1521 0 7 1 7 131 对空气：由 50查附录 2空气的物性表得到： ， ， 56 100 5 57 9 6 6 9 5 7 1521 7 5 5 6 6 9 131 10求水平行流过长度为 0.4 m 的 平板时沿程 、x m 处的局部表面传热系数。己知水的来流温度为 t 20 C，速度为 1u m/s，平板的壁面温度 60w tC。 解：由 40220602 查附录 3水的物性表得到： ， ， 当 x=旺盛湍流，不应再用那个公式。 21312163121 当 时， 221 当 时， 221 当 时， 221 当 时， 221 10果将上题中的水改为空气，其它参数 保持不变，试计算整个平板的平均表面传热系数以及单位宽度平板的换热量，并对比这两种情况的计算结果。 解：由 40220602 查附录 2空气的物性表得到： ， ， 21312163121 7 当 时， 221 平均表面换热系数为 单位平板宽度的换热量为： 10果用特征长度为原型 1 5 的模型来模拟原型中速度为 6 m/s、温度为 200 C 的空气强迫对流换热，模型中空气的温度为 20 C。试问模型中空气的速度应为多少？如果测得模型中对流换热的平均表面传热系数为 200 W/()， 求原型中的平均表面传热系数值。 解：由附录 2得到： 当空气温度为 200 ， 当空气温度为 2000 ， (1)由相似原理： e ， 所以有 (2)由相似原理： ， 所以有 10在换热器管内被加热，管内径为 14 长为 2.5 m，管壁温度保持为 110 C，水的进口温度为 50 C，流速为 1.3 m/s，试求水通过换热器后的温度。 解：假定出口温度为 700C，则有： 6050110 ， 4070110 查附录水的物性表有 : ,p 017 , , , , 07 du 所以， 9192校核： 8 2 9 21 6 4 2422 重新假定出口温度为 1000C，则有： 6050110 ， 101 001 10 查附录水的物性表有 : ,p 019 , ,26103 4 7 , , du 所以， 18校核： 3 3 81 3 3 1422 可见 2相差很小，所以 100 10内径为 m、长为 2.5 m 的不锈钢管进行管内对流换热实验，实验时直接对不锈钢管通以直流电加热，电压为 5V，电流为 900A，水的进口温度为 20 C ，流速为 0.5 m/s，管外用保温材料保温，忽略热损失。试求管内对流换热的表面传热系数及换热温差。 解：假定出口温度为 400C，则有： 60501 10 ， 查附录水的物性表有 : ,p 019 , ,26103 4 7 , , du 所以， 18校核： 3 3 81 3 3 1422 可见 2相差很小，所以 100 10气以 1.3 m/s 速度 在内径为 22 为 管内流动，空气的平均温度为 C，管壁温度为 58 C，试求管内对流换热的表面传热系数。 解： 附录空气的物性表有 : 313355.1 ,p , ,26100 2 , 58， 261020 , du 采用常壁温层流换热关系式： 66.3 10果上题中空气的流速增加到 3.5 m/s，空气的平均温度为 58 C，管壁温度为 90 C ，试求管内对流换热的表面传热系数。 解： 58查附录空气的物性表有 : p , ,261020 , 90， , du 采用过渡流换热关系式： 10以 2 m/s 的速度流过长度为 5 m、内径为 20 面温度均匀的直管，水温从 25 C 被加热到 35 C，试求管内对流换热的表面传热系数。 解： 302 3525 (精确的可用对数平均温差 ) 查附录水的物性表有 : p , , 1 , 90， , 4 96 8 9108 du 采用紊流换热关系式： 8 10套管式换热器，内管外径 121 d 管内径 162 d 长为 400 在内外管之间的环形通道内水的流速 4.2u m/s、 平均温度73f t C，内管壁温 96w t C，试求内管外表面处对流换热的表面传热系数。 解： 10一外径为 25 为 200 水平圆管横置在风洞之中进行空气横掠的对流换热实验，管内用电加热器加热。已 测得圆管外壁面的平均温度为100 C，来流空气温度为 20 C、流速为 5 m/s。试计算圆管外壁面对流换热的表面传热系数和电加热器的功率。 解：本题采用试算法进行，具体计算过程如下表： (本题缺少条件，需要知道空气的流量，才可以进行计算 ) （定性温度为主流温度，不用进行试算；但不可求电加热器功率） 计算项目 40 30 空气物性数据 61016 2 校核计算换热量 校核计算获得热量 2 偏差 10一锅炉烟道中有一 6 排管顺排构成的换热器。已知管外径 60d 间距 2/ 21 管壁平均温度 100w tC，烟气平均温度 500f t C，管间最窄通道处的烟气流速 8u m/s。试求管束外壁面和烟气间对流换热的平均表面传热系数。 解： 500查附录空气的物性表有 : p , , , 100， , du 10内有一外径为 76 水平暖气管道，壁面温度为 80 ，室内空气温度为 20 ，试求暖气管外壁面处自然对流换热的表面传热系数及单位管长的散热量。 解：特征温度为：由 502 20802 查附录 2空气的物性表得到： p , , , 3 0 9 3 11 623 107 3 1 1 7 1 1 7 16 单位管长的换热量： 10内火炉上烟囱的外径为 15 直段高度为 1.6 m，壁面平均温度为 150 C，水平段长度为 5 m，壁面平均温度为 100 C。室内空气温度为 18 C。试求每小时烟囱与室内空气间的对流换热量。 解：垂直段换热量为： 特征温度为：由 842 181 502 查附录 2空气的物性表得到： p , , , 2 8 0 3 11 1023 110 垂直管段一小时的换热量： 9 4 5 2 1 43 6 0 01321 水平段换热量为： 特征温度为：由 592 181 002 查附录 2空气的物性表得到： p , , , 3 0 1 3 11 723 17 水平管段一小时的换热量： 2 1 7 8 8 13 6 0 0822 1 6 3 0 9 54 2 1 7 8 8 11 9 4 5 2 1 421 10块面积为 0 板内镶嵌一块大小与薄板一样、功率为 120 W 的电加热片，对薄板均匀加热 (即热流密度均匀分布 )，试确定薄板的最高温度。（提示：在常热流条件下壁面温度是不均匀的，首先应判断何处温度最高；由于壁面温度未知，定性温度无法确定