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2020 1 6 1 工程传热学作业 明廷臻能于与动力工程学院 2020 1 6 2 第五章 5 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 1 流体以同样流速流过两管 2 流体以同样的质量流量流过两管 解 设流体是被加热的 则以下式为基础来分析 2020 1 6 3 对第一种情形 u1 u2 d1 2d2 则 有 对第二种情形 m1 m2 d1 2d2 因为 2020 1 6 4 5 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 并讨论造成差别的原因 解 定性温度tf 20 70 2 45 0 6415w m v 0 6075 10 6m2 s Pr 3 925 2020 1 6 5 当水被加热时 当水被冷却时 2020 1 6 6 5 11现代贮存热能的一种装置的示意图如图所示 一根内径为25mm的园管被置于一正方形截面的石蜡体中心 热水流过管内使石蜡溶解 从而把热水的显热化为石蜡的潜热而储存起来 热水的入口温度为60 流量为0 15kg s 石蜡的物性参数为 熔点为27 4 熔化潜热L 244kJ kg 固体石蜡的密度 s 770kg m3 假设圆管表面温度在加热过程中一直处于石蜡的熔点 试计算该单元中的石蜡全部熔化热水需流过多长时间 b 0 25m l 3m 2020 1 6 7 解 为求得所需加热时间 需知道该管子的换热量 因而需知道出口水温t 设出口水温t 40 则定性温度tf t t 2 50 查表得物性 0 648w m 549 4 10 6kg m s Pr 3 54 988 1kg m3 Cp 4 174 10 3J kg 2020 1 6 8 因为液体被冷却 由公式得 由热平衡关系可得 代入数据 得t 43 5 此值与假设值相差太大 故重设t 43 5 重新进行上述计算步骤 得t 43 3 此值与假设值43 5 已十分接近 可取t 43 3 43 5 2 43 4 2020 1 6 9 于是该换热器的功率为 使石蜡全部熔化所需热量为 Q 0 252 3 0 0252 0 785 3 770 244 3 495 107J所以所需加热时间为3 495 107 10395 8 3362s 56min 2020 1 6 10 Q 1 9 66 20 193W 5 15温度为0 的冷空气以6m s的流速平行的吹过一太阳能集热器的表面 该表面呈方形 尺寸为1m 1m 其中一个边与来流方向垂直 如果表面平均温度为20 试计算由于对流所散失的热量 解 定性温度tm 0 20 2 10 0 0251w m v 14 16 10 6m2 s Pr 0 705 2020 1 6 11 5 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 定性温度tm 10 150 2 70 空气物性 0 0296w m v 20 02 10 6m2 s 2020 1 6 12 2020 1 6 13 5 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 定性温度tm 133 165 2 149 空气物性 0 0356w m v 28 8 10 6m2 sPr 0 683 2020 1 6 14 由s1 d 2 s2 d 1 25 查表得 C 0 519 m 0 556 2020 1 6 15 5 33假设把人体简化成为直径为275mm 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 相比较 圆柱两端面的散热可不予考虑 人体正常体温按37 计算 环境温度为25 解 定性温度tm 35 25 2 30 空气物性 0 0267w m v 16 10 6m2 sPr 0 701 1 30 273 1 303 2020 1 6 16 处于过渡区 2020 1 6 17 5 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