《习题传热1学》PPT课件.ppt

2019/6/7,1,工程传热学,明廷臻 能源与动力工程学院 华中科技大学,2019/6/7,2,2019/6/7,3,2-20. 过热蒸汽在外径为127mm的钢管内流过，测蒸汽温度套管的布置如图所式。已知套管外径d = 15 mm，厚度 = 0.9 mm，导热系数 = 49.1 W/(mK)。蒸汽与套管间的表面传热系数h = 105 W/(m2K)。为使测温误差小于蒸汽与钢管壁温度差的0.6%，试确定套管应有的长度。,2019/6/7,4,解：,2019/6/7,5,3-17. 一种测量导热系数的瞬态法是基于半无限大物体的导热过程而设计的。设有一块厚金属，初温为30，然后其一侧表面突然与温度为100的沸水相接触。在离开此表面10 mm处由热电偶测得2 min后该处的温度为65。已知材料的密度为2200 kg/m3，比热容为700 J/(kgK)，试计算该材料的导热系数。,2019/6/7,6,解： 查表,2019/6/7,7,3-18. 夏天高速公路的路面在日光长时间的曝晒下可达50的温度。假设突然一阵雷雨把路面冷却到20并保持不变。雷雨持续了10 min。试计算在此降雨期间单位面积上所放出的热量。高速公路混凝土的物性可取为密度为2300 kg/m3，导热系数为 1.4 W/(mK)，比热容为880 J/(kgK)。作为一种估算，假设雷雨前路面以下相当厚的一层混凝土均处于50，分析这一假设对计算得到的放热量的影响。,2019/6/7,8,解：公路在降雨期间单位面积所放出的热量 随着厚度增加，实际混凝土温度会逐渐降低，故该假设使得计算的结果偏大。,2019/6/7,9,4-19 温度30水流经一根长的直管，管内径0.3 m，水流平均速度为0.3 m/s。试计算：(1) 摩擦系数； (2) 壁面切应力； (3) 表面传热系数。 答： 查表得：,得,属圆管内紊流换热。,2019/6/7,10,代入数据，,2019/6/7,11,6-15试确定CO2的发射率。气体处在很长的、直径为0.6096m的圆柱体内，其温度为1388K，CO2的分压力为0.2105Pa，气体的总压力为0.3105Pa。 解 平均射线程长,2019/6/7,12,查表,2019/6/7,13,6-16 1388K的燃烧烟气，其系统内的总压力为2105Pa，CO2的分压力为0.08105Pa，H2O的分压力为0.16105Pa，试计算直径为0.9144m的长圆柱烟道中，该烟气的发射率。 解： 平均射线程长,2019/6/7,14,查表：,代入得：,2019/6/7,15,2-19 长度为L的细杆，两端连接在温度分别保持t1和t2的壁上，杆通过对流向温度为t的环境散热。试推导：（1）杆内温度分布的表达式；（2）杆的总热损失？ 解： （1）由肋片导热的微分方程式,2019/6/7,16,又因为截面积不随x变化，所以方程变为,其通解为,式中，,其边界条件为：,2019/6/7,17,将边界条件带入通解中，得,所以杆内温度分布为：,2019/6/7,18,（2）通过肋基的导热流量等于通过肋片散失到环境中去的热流量，故肋片的散热量可由傅里叶定律,计算得出：,2019/6/7,19,3-20. 图示钢圆柱的直径D = 0.3 m，长度L = 0.6m，导热系数= 30W/(mK)，热扩散率a =6.2510-6 m2/s，初始温度均匀为20C。若把圆柱放入炉温为l020、表面传热系数为200 W/(m2K)的加热炉内，试问加热14小时后，中心1和表面2、3、4各点的温度为多少?,2019/6/7,20,5-63 压力为1.013l05Pa的饱和水蒸汽，用水平放置的壁温为90的铜管凝结。有下列两种选择:用一根直径为l0cm的铜管或用l0根直径为lcm的铜管。试问： (1) 这两种选择所产生的凝结水量是否相同?最多可以相差多少? (2) 要使凝结水量的差别最大，小管径系统应如何布置(不考虑容积的因素)。 (3) 上述结论与蒸汽压力、铜管壁温是否有关(保证两种布置的其他条件相同)？,2019/6/7,21,解：根据式（5-39） 其他条件相同时 面积与温差的乘积相同，所以小管径系统的凝结水量最多可达大管径的1.778倍。,2019/6/7,22,解：2）要使凝结水量的差别最大，小管径系统应布置成每一根管子的凝结水量不落到其他管子上； 3）上述结论与蒸汽压力、铜管壁温无关。,2019/6/7,23,5-66 今有一台由直径为20mm的管束所组成的卧式冷凝器，管子成叉排布置。在同一竖排内的平均管排数为20，管壁温度为15，凝结压力为4.5l03Pa，试估算纯净水蒸汽凝结时管束的平均表面传热系数。 解：压力为4.5103Pa对应的饱和蒸汽温度为30.8， =2427.8kJ/kg,液膜平均温度为tm=22.9,由附录查得22.9液膜的物性参数为 1=997.5/m3,Cp=4.18KJ/Kg.K, 1=0.604w/(.K), 1=945.310-6/m.s,Pr=6.56, v与 1相差很大，取 v=0,2019/6/7,24,=3941.6w/.K,2019/6/7,25,5-74一直径为3.5mm、长l00mn的机械抛光的薄壁不锈钢管，被置于压力为1.013105Pa的水容器中，水温已接近饱和温度。对该不锈钢管两端通电以作为加热表面。试计算当加热功率为l.9W及l00W时，水与钢管表面间的表面传热系数值。 解： 当加热功率为1.9W时，,2019/6/7,26,这样低的热流密度仍处于自然对流换热阶段，设 则 物性值为：,2019/6/7,27,与1758相差1.1%，计算有效。,2）当Q=100W，,2019/6/7,28,这时已进入核态沸腾区，根据公式5-28 得,2019/6/7,29,5-78 在实验室内进行压力为1.013105Pa的大容器沸腾实验时，采用大电流通过小直径不锈钢管的方法加热。为了能在电压不高于220V的情形下演示整个核态沸腾区域，试估算所需的不锈钢管的每米长电阻应为多少。设选定的不锈钢管的直径为3mm，长为l00mm。 解：1.013105Pa对应于100饱和蒸汽，则=2256.6KJ/Kg，=58.710-3N/m, l=958.4kg/m3, v=0.6kg/m3,2019/6/7,30,qc=1108828.4 w/m2 设每米电阻为R, 由qcA=qcdl=U2/R, 所以每米长电阻为463.1 ,2019/6/7,31,8-5 换热器中热重油加热含水石油。重油的温度从280降到190，含水石油从20加热到160。试求两液体顺流和逆流时的对数平均温差。假设传热系数k和热流密度相同，问逆流与顺流相比加热面积减少多少？ 解：两流体顺流时，,2019/6/7,32,逆流时,当K和热流密度相同时，逆流加热面积减少,2019/6/7,33,8-8 在一次交叉流的换热器中，用锅炉的烟气加热水。已知烟气进、出换热器的温度分别为250和140，流量为2.5kg/s，Cp=1.09kJ/(kg.)，常压水的温度从20加热到80，换热器的传热系数为190 W/(m2)。试用对数平均温差法和-NUT法计算所需换热面积。 解：采用对数温差法,2019/6/7,34,查表,2019/6/7,35,采用效能-传热单元数法 得 所以C1为小值 换热器的效能 查图得,