热工基础(张学学 高教课后答案 第十章习题解答.doc

10-1水和空气都以速度 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 mm处流动边界层及热边界层的厚度。解：对水：由查附录3水的物性表得到： ， 对空气：由查附录2空气的物性表得到： ， 10-2 试求水平行流过长度为0.4 m的平板时沿程m处的局部表面传热系数。己知水的来流温度为20 C，速度为 m/s，平板的壁面温度 C。解：由查附录3水的物性表得到： ， 当x=0.4时，为旺盛湍流，不应再用那个公式。 当时， 当时， 当时， 当时，10-3如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：由查附录2空气的物性表得到： ， 当时， 平均表面换热系数为 单位平板宽度的换热量为： 10-4 如果用特征长度为原型15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/(m2K)，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200C时， ， 当空气温度为2000C时， ， (1)由相似原理：， 所以有 (2)由相似原理：， 所以有10-5 水在换热器管内被加热，管内径为 14 mm，管长为 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： ， 查附录水的物性表有: , , , 采用紊流换热关系式： 所以， 校核： 重新假定出口温度为1000C，则有： ， 查附录水的物性表有: , , , 采用紊流换热关系式： 所以， 校核： 可见Q1和Q2相差很小，所以10-6 用内径为0.016 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： ， 查附录水的物性表有: , , , 采用紊流换热关系式： 所以， 校核： 可见Q1和Q2相差很小，所以10-7 空气以1.3 m/s速度在内径为22 mm、长为2.25m的管内流动，空气的平均温度为38.5 C，管壁温度为58 C，试求管内对流换热的表面传热系数。解： 查附录空气的物性表有: , , ， , 为层流， 采用常壁温层流换热关系式： 所以，10-8 如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： 查附录空气的物性表有: , , ， , 为过渡流， 采用过渡流换热关系式： 所以，10-9 水以2 m/s的速度流过长度为5 m、内径为20 mm、壁面温度均匀的直管，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：(精确的可用对数平均温差) 查附录水的物性表有: , , ， , 为紊流， 采用紊流换热关系式： 所以，10-10一套管式换热器，内管外径mm，外管内径 mm，管长为400 mm，在内外管之间的环形通道内水的流速 m/s、平均温度C，内管壁温 C，试求内管外表面处对流换热的表面传热系数。解：10-11有一外径为25 mm、长为200 mm的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）计算项目空气平均温度空气物性数据 校核计算换热量校核计算获得热量偏差10-12 在一锅炉烟道中有一6排管顺排构成的换热器。已知管外径 mm，管间距，管壁平均温度 C，烟气平均温度 C，管间最窄通道处的烟气流速 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： 查附录空气的物性表有: , , ， , 采用管束换热关系式： 所以，10-13 室内有一外径为76 mm的水平暖气管道，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 查附录2空气的物性表得到： , , 所以， 单位管长的换热量：10-14 室内火炉上烟囱的外径为15 cm，垂直段高度为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 查附录2空气的物性表得到： , , 所以， 垂直管段一小时的换热量： 水平段换热量为： 特征温度为：由 查附录2空气的物性表得到： , , 所以， 水平管段一小时的换热量： 10-15一块面积为 m2的正方形薄板垂直置于室内空气温度为20 C的大房间中，薄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