传热学第五版课后习题答案(1)

精品文档 1欢迎下载 传热学习题 建工版 V 0 14 一大平板 高 3m 宽 2m 厚 0 2m 导热系数为 45W m K 两侧表面温度分别为 及 试求热流密度计热流量 w1 t150 C w1 t285 C 解 根据付立叶定律热流密度为 2w2w1 21 tt285150 qgradt 4530375 w m xx0 2 负号表示传热方向与 x 轴的方向相反 通过整个导热面的热流量为 q A30375 32 182250 W 0 15 空气在一根内经 50mm 长 2 5 米的管子内流动并被加热 已知空气的平均温度为 85 管壁 对空气的 h 73 W m k 热流密度 q 5110w m 是确定管壁温度及热流量 解 热流量 qA q dl 5110 3 140 052 5 2005 675 W 又根据牛顿冷却公式 wf hA t hA tt qA 管内壁温度为 wf q5110 tt85155 C h73 1 1 按 20 时 铜 碳钢 1 5 C 铝和黄铜导热系数的大小 排列它们的顺序 隔热保温材料 导热系数的数值最大为多少 列举膨胀珍珠岩散料 矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值 解 1 由附录 7 可知 在温度为 20 的情况下 铜 398 W m K 碳钢 36W m K 铝 237W m K 黄铜 109W m K 所以 按导热系数大小排列为 铜 铝 黄铜 钢 2 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过 0 12 W m K 3 由附录 8 得知 当材料的平均温度为 20 时的导热系数为 膨胀珍珠岩散料 0 0424 0 000137t W m K 0 0424 0 000137 20 0 04514 W m K 矿渣棉 0 0674 0 000215t W m K 0 0674 0 000215 20 0 0717 W m K 由附录 7 知聚乙烯泡沫塑料在常温下 0 035 0 038W m K 由上可知金属是良好的导热材料 精品文档 2欢迎下载 而其它三种是好的保温材料 1 5 厚度 为 0 1m 的无限大平壁 其材料的导热系数 100W m K 在给定的直角坐标系中 分别画出稳态导热时如下两种情形的温度分布并分析 x 方向温度梯度的分量和热流密度数值的正或 负 1 t x 0 400K t x 600K 2 t x 600K t x 0 400K 解 根据付立叶定律 ttt qgradtijk xyz x t q x 无限大平壁在无内热源稳态导热时温度曲线为直线 并且 xx021 21 tttttdt xdxxx0 a xx 0 x tt q 1 t x 0 400K t x 600K 时 温度分布如图 2 5 1 所示 根据式 a 热流密度 说明 x 方向上的热流量流向 x 的反方向 可见计算值的 x q 0 说明 x 方向上的热流量流向 x 的正方向 可见计算值的方向也符合热流量由高温传向低温的方向 1 6 一厚度为 50mm 的无限大平壁 其稳态温度分布为 C 式中 a 200 C b 2 t a bx 2000 C m 若平板导热系数为 45w m k 试求 1 平壁两侧表面处的热流密度 2 平壁中 是否有内热原 为什么 如果有内热源的话 它的强度应该是多大 解 方法一 由题意知这是一个一维 稳态 常物性导热问题 导热微分方 tt 0 yz t 0 程式可简化为 a 2 v 2 qd t 0 dx 因为 所以 2 t a bx 图 2 5 1 图 2 5 2 精品文档 3欢迎下载 b dt 2bx dx c 2 2 d t 2b dx 1 根据式 b 和付立叶定律 x dt q2bx dx 无热流量 x 0 q0 2 x q2b 2 2000 450 05 9000 w m 2 将二阶导数代入式 a 2 3 v2 d t q2b2 2000 45 180000w m dx 该导热体里存在内热源 其强度为 43 1 8 10 w m 解 方法二 因为 所以是一维稳态导热问题 2 t a bx c dt 2bx dx 根据付立叶定律 x dt q2bx dx 1 无热流量 x 0 q0 2 x q2b 2 2000 450 05 9000 w m 2 无限大平壁一维导热时 导热体仅在边界 x 0 及 x 处有热交换 由 1 的计算结果知导热 体在单位时间内获取的热量为 inx 0 x areaarea qqA0 2b A d inarea 2bA0 负值表示导热体通过边界散发热量 如果是稳态导热 必须有一个内热源来平衡这部分热量来 保证导热体的温度不随时间变化即实现稳态导热 内热源强度 vareain v volumevolumearea 2bA q2b VVA x 绝热绝热放热放热 精品文档 4欢迎下载 3 v q2 2000 45 180000w m 2 9 某教室的墙壁是一层厚度为 240mm 的砖层和一层厚度为 20mm 的灰泥构成 现在拟安装空调设备 并在内表面加一层硬泡沫塑料 使导入室内的热量比原来减少 80 已知砖的导热系数 0 7W m K 灰泥的 0 58W m K 硬泡沫塑料的 0 06W m K 试求加贴硬泡沫 塑料层的厚度 解 未贴硬泡沫塑料时的热流密度 1 1 1 12 t q RR 加硬泡沫塑料后热流密度 2 1 2 1122 t q RRR 又由题意得 3 12 1 80 qq 墙壁内外表面温差不变 将 1 2 代入 3 12 tt 23 20 RR RRR 1 2 1 12 12 3312 123 0 240 02 0 70 58 20 0 240 02 0 70 580 06 0 09056m 90 56mm 3 加贴硬泡沫塑料的厚度为 90 56mm 2 19 一外径为 100mm 内径为 85mm 的蒸汽管道 管材的导热系数为 40W m K 其内表面温 度为 180 若采用 0 053W m K 的保温材料进行保温 并要求保温层外表面温度不高于 40 蒸汽管允许的热损失 52 3 W m 问保温材料层厚度应为多少 l q 1 R 2 R 3 R w1 t w2 t 1 R 2 R w1 tw2 t 精品文档 5欢迎下载 解 根据给出的几何尺寸得到 管内径 85mm 0 085m 管外径 d2 0 1m 1 d 管保温层外径 32 dd20 12 13 l 1 twtw q52 3 1d21d3 lnln 2d12d2 2 tw3 40 时 保温层厚度最小 此时 18040 52 3 10 11 0 12 lnln 20 08520 1 40 0 053 解得 m0 072 所以保温材料的厚度为 72mm 2 24 一铝制等截面直肋 肋高为 25mm 肋厚为 3mm 铝材的导热系数为 140W m K 周围 空气与肋表面的表面传热系数为 h 75 已知肋基温度为 80 和空气温度为 30 2 w m k A 假定肋端的散热可以忽略不计 试计算肋片内的温度分布和每片肋片的散热量 解一 肋端的散热可以忽略不计 可用教材式 2 35 2 36 2 37 求解 18 9 1403 1 L hU75L0 0032 m m A0 00L 1 肋片内的温度分布 ch m lx ch ml 0 18 9 0 025 8030 18 90 025 chx ch 温度分布为44 96 0 472518 9 chx 2 肋片的散热量 L0 hUAth ml 0 75 L0 003 2140L0 003th ml 7521400 003 L 8030 th 18 90 025 A 精品文档 6欢迎下载 396 9Lth 0 4725 A 从附录 13 得 th ml th 0 4725 0 44 396 9 0 44 174 6L W A 单位宽度的肋片散热量 L q L 174 6 W m 解二 1 如果肋片上各点的温度与肋基的温度相同 理想的导热量 00 hA t h 2 Ll 7520 025 80 30 L 0 187 5L W 2 从教材图 2 17 上查肋片效率 1 2 1 2 3 23 2 2h2 75 l0 025 0 4988 f1400 003 0 025 f 0 9 3 每片肋片的散热量 0f 187 5L0 9168 8L W 单位宽度上的肋片散热量为 L q168 8 W m 2 27 一肋片厚度为 3mm 长度为 16mm 是计算等截面直肋的效率 1 铝材料肋片 其导热系数为 140W m K 对流换热系数 h 80W m K 2 钢材料肋片 其导热系数为 40W m K 对流换 热系数 h 125W m K 解 1 铝材料肋片 1 hU802 10 003 m19 54m A1401 0 003 ml19 54 0 0160 3127 th ml th 0 3127 0 3004 f th ml 0 3004 96 1 ml0 3127 精品文档 7欢迎下载 2 钢材料肋片 1 hU1252 10 003 m45 91m A401 0 003 ml45 91 0 0160 7344 th ml th 0 734 0 6255 f th ml 0 6255 85 2 ml0 7344 例题 3 1 一无限大平壁厚度为 0 5m 已知平壁的热物性参数 0 815W m k c 0 839kJ kg k 1500kg m 壁内温度初始时均为一致为 18 C 给定第三类边界条件 壁两侧流体温度为 8 C 流体与壁面之间的表面传热系数 h 8 15w m K 试求 6h 后平壁中心及表面的温度 教材中以计 算了第一项 忽略了后面的项 计算被忽略掉的的第二项 分析被省略掉的原因 解 2 1 0 2 nFon n n nnn sin x x cos sincos e 1 例 3 1 中以计算出平壁的 Fo 0 22 Bi 2 5 因为 Fo 0 2 书中只计算了第一项 而忽略了后 面的项 即 2 0 2 1Fo 1 1 111 sin x x cos sincos e 2 现在保留前面二项 即忽略第二项以后的项 其中 0 x I x 6h II x 6h 2 2 1Fo 1 1 111 sinx I x 6h cos sincos e 2 2 2Fo 2 2 222 sinx II x 6h cos sincos e 3 以下计算第二项II x 6h 根据 Bi 2 5 查表 3 1 3 7262 2 2 sin0 5519 cos3 72620 8339 a 平壁中心 x 0 精品文档 8欢迎下载 2 2 2Fo 2 2 222 sin0 II 0m 6h cos sincos e 2 2 3 72620 22 0 5519 II 0m 6h 3 7262 0 5519 0 8239 e II 0m 6h 0 0124 从例 3 1 中知第一项 所以忽略第二项时 和 的相对误差为 I 0m 6h 0 9 II 0m 6h 0 0124 1 4 I 0m 6h II 0m 6h 0 9 0 0124 0 0 6h I 0 6h II 0 6h 188 0 90 01248 88 C f t 0m 6h 0m 6ht8 88816 88 C 虽说计算前两项后计算精度提高了 但 16 88 C 和例 3 1 的结果 17 C 相差很小 说明计算一 项已经比较精确 b 平壁两侧 x 0 5m 2 2 2Fo 2 2 222 sin0 5 II 0 5m 6h cos sincos0 5 e 2 2 3 72620 22 0 5519 II 0 5m 6h 0 8239 3 7262 0 5519 0 8239 e II 0 5m 6h 0 01 从例 3 1 中知第一项 所以忽略第二项时 和 的相对误差为 I 0 5m 6h 0 38 II 0 5m 6h 0 01 2 6 I 0 5m 6h II 0 5m 6h 0 38 0 01 0 0 5m 6h I 0 5m 6h II 0 5m 6h 188 0 380 013 9 C f t 0 5m 6h 0 5m 6ht3 9811 9 C 虽说计算前两项后计算精度提高了 但 11 9 C 和例 3 1 的结果 11 8 C 相差很小 说明 计算一项已经比较精确 4 4 一无限大平壁 其厚度为 0 3m 导热系数为 平壁两侧表面均给定为 k mw 4 36 精品文档 9欢迎下载 第三类边界条件 即 k mw60h 2 1 C25t f1 k mw300h 2 2 当平壁中具有均匀内热源时 试计算沿平壁厚度的稳 C215t f2 35 v m W102q 态温度分布 提示 取 x 0 06m 1 t 4 t 5 t 6 t 2 t 3 t C215t f2 C25t f1 k mw60h 2 1 k mw300h 2 2 方法一 数值计算法 解 这是一个一维稳态导热问题 1 取步长 x 0 06m 可以将厚度分成五等份 共用六个节点将平板 123456 t t t t t t 划分成六个单元体 图中用阴影线标出了节点 2 6 所在的单元体 用热平衡法计算每个单元的换 热量 从而得到节点方程 节点 1 因为是稳态导热过程所以 从左边通过对流输入的热流量 从右边导入的热流量 单元体内 热源发出的热流量 0 即 21 1f11v ttx h A ttAAq0 x2 节点 2 从左 右两侧通过导热导入的热流量 单元体内热源发出的热流量 0 1232 v tttt AAAX q0 XX 节点 3 从左 右两侧通过导热导入的热流量 单元体内热源发出的热流量 0 2343 v tttt AAAX q0 XX 节点 4 从左 右两侧通过导热导入的热流量 单元体内热源发出的热流量 0 3454 v tttt AAAX q0 XX 节点 5 从左 右两侧通过导热导入的热流量 单元体内热源发出的热流量 0 精品文档 10欢迎下载 4565 v tttt AAAX q0 XX 节点 6 从左边导入的热流量 从右边通过对流输入的热流量 单元体内热源发出的热流量 0 即 56 2f26v ttx h A ttAAq0 x2 将 k mw 4 36 k mw60h 2 1 C25t f1 k mw300h 2 2 和 x 0 06m 代入上述六个节点并化简得线性方程组 C215t f2 35 v m W102q 组 1 12 t0 91t11 250 132 tt2t19 780 243 tt2t19 780 354 tt2t19 780 465 tt2t19 780 56 t1 49t8 410 逐步代入并移相化简得 12 t0 91t 11 25 23 t0 9174t 28 4679 34 t0 9237t 44 5667 45 t0 9291t 59 785 56 t0 9338t 74 297 66 t0 6453t 129 096 则方程组的解为 1 t417 1895 2 t446 087 3 t455 22 4 t444 575 5 t414 1535 6 t363 95 若将方程组组 1 写成 12 t0 91t 11 25 213 1 ttt19 78 2 324 1 ttt19 78 2 435 1 ttt19 78 2 546 1 ttt19 78 2 65 t0 691t77 757 可用迭代法求解 结果如下表所示 迭代次 数 节点 1 1 t 节点 2 2 t 节点 3 3 t 节点 4 4 t 节点 5 5 t 节点 6 6 t 0200 000 300 000300 000300 000300 000200 000 1284 250260 000310 000310 000260 000278 478 2247 85307 125294 89294 89304 129257 417 精品文档 11欢迎下载 3290 734310 898308 898309 400286 044281 250 4294 167309 706320 039307 361305 215269 142 5293 082316 993318 401322 517298 142281 976 6299 714315 635329 645318 162312 137277 244 7298 478324 570326 789330 781307 593286 608 8306 609322 524337 566327 081318 585283 567 9304 747331 978334 693337 966315 214290 285 10313 350329 61344 862334 844324 016288 667 从迭代的情况看 各节点的温度上升较慢 不能很快得出有效的解 可见本题用迭代法求解不好 2 再设定步长为 0 03m x 0 03m 将厚度分成十等份 共需要 11 个节点 和上述原理相同 得出线性方程组组 2 12 t0 9529t 3 534 213 1 ttt4 945 2 324 1 ttt4 945 2 435 1 ttt4 945 2 546 1 ttt4 945 2 657 1 ttt4 945 2 768 1 ttt4 945 2 879 1 ttt4 945 2 9810 1 ttt4 945 2 10911 1 ttt4 945 2 1110 t0 8018t44 6054 同理求得的解为 1 t402 9256 2 t419 13 3 t430 403 4 t436 746 5 t438 135 6 t434 6 7 t426 124 8 t412 706 9 t394 346 10 t371 05 11 t342 11 上述划线的节点坐标对应于步长为 0 06m 时的六个节点的坐标 3 再设定步长为 0 015m x 0 015m 将厚度分成 20 等份 共需要 21 个节点 和上述原理 相同 得到新的节点方程为 12 t0 9759t 1 026 213 1 ttt1 2363 2 精品文档 12欢迎下载 324 1 ttt1 2363 2 435 1 ttt1 2363 2 546 1 ttt1 2363 2 657 1 ttt1 2363 2 768 1 ttt1 2363 2 879 1 ttt1 2363 2 9810 1 ttt1 2363 2 10911 1 ttt1 2363 2 111012 1 ttt1 2363 2 201921 1 ttt1 2363 2 2120 t0 89t24 2053 移相化简为 12 t0 9759t 1 026 23 t0 9765t 2 2091 34 t0 977t 3 3663 45 t0 9775t 4 499 54 t0 978t 5 6091 67 t0 9785t 6 698 78 t0 9789t 7 767 89 t0 9793t 8 8173 910 t0 9797t 9 8497 1011 t0 9801t 10 8654 1112 t0 9805t 11 8656 1213 t0 9809t 12 8512 1314 t0 9813t 13 8234 1415 t0 9816t 15 0597 1516 t0 9819t 16 0016 1617 t0 9822t 16 9314 1718 t0 9825t 17 8504 1819 t0 9828t 18 7529 1920 t0 9831t 19 6512 2021 t0 9834t 20 8875 212021 t0 89t 24 2053 0 89 0 9834t20 8875 24 2053 求得的解为 1 t401 6 C 2 t410 5 C 3 t418 1 C 4 t424 5 C 精品文档 13欢迎下载 5 t429 7 C 6 t433 6 C 7 t436 3 C 8 t437 8 C 9 t438 0 C 10 t437 0 C 11 t434 8 C 12 t431 4 C 13 t426 7 C 14 t420 7 C 15 t413 3 C 16 t404 6 C 17 t394 7 C 18 t383 5 C 19 t371 2 C 20 t357 6 C 21 t342 4 C 方法二 分析法 参看教材第一章第四节 微分方程式为 1 2 v 2 qd t 0 dx 边界条件 2 11f1 x 0 dt htt dx 3 2f26 x dt htt dx 由 1 式积分得 v qdt xc dx 再积分得 4 2 v q txcx d 2 时 x0 1 td x 0 dt c dx 时 x 2 v 6 q tc d 2 v x qdt c dx 代入边界条件 2 3 式 并整理得 2 f2f1v2v 21 ttq h q 2 c h h f1 1 c d t h 将的值分别代入式得 12f1f2v h h ttq c 619 89 C m d 401 07 C 将 c d 值代入式 4 得 v q 精品文档 14欢迎下载 2 t2747 25x619 89x 401 07 的节点对应的坐标分别为m m m 1 x0 2 x0 06 3 x0 12 4 x0 18 m m 5 x0 24 6 x0 3 相应的温度分别为 1 t401 1 C 2 t428 4 C 3 t435 9 C 4 t423 6 C 5 t391 6 C 6 t339 8 C 不同方法计算温度的结果比较 C X m 00 060 120 180 240 3 分析法 401 1428 4435 9423 6391 6339 8 0 06417 2446 1455 2444 6414 2364 0 0 03 402 9430 4438 1426 1394 3342 1 数值 法 x m 0 015401 6429 7438 0426 7394 7342 2 可见 第一次步长取 0 06m 结算结果的误差大一些 步长为 0 03m 时计算的结果已经相当准 确 再取步长 0 015m 计算 对结果的改进并不大 必须提醒大家的是数值计算是和计算机的发展密 切相连的 人们不需要手工计算庞大的节点线性方程组 第五章 5 13 由微分方程解求外掠平板 离前缘 150mm 处的流动边界层及热边界层度 已知边界平均温度为 60 速度为 u 0 9m s 解 1 以干空气为例 平均温度为 60 查附录 2 干空气的热物性参数 18 97 10 6m2 s 1 897 10 5m2 s Pr 0 696 离前缘 150mm 处 Re 数应该为 x 6 0 9 0 15 Re7116 5 18 97 10 u x Re 小于临街 Re c 流动处在层流状态 5 5 10 5 0Rex1 2 x 精品文档 15欢迎下载 11 5 05 0 15 Re7116 5 x x 0 00889 m 8 9mm 所以 热边界层厚度 1 31 3 t Pr0 00890 6930 01 m 10mm 2 以水为例 平均温度为 60 查附录 3 饱和水的热物性参数 4 78 10 7m2 s Pr 2 99 离前缘 150mm 处 Re 数应该为 5 x 6 0 9 0 15 Re2 82427 10 0 478 10 u x Re 小于临街 Re c 流动处在层流状态 5 5 10 5 0Rex1 2 x 11 5 05 0 15 Re282427 x x 0 00141 m 1 41mm 所以 热边界层厚度 1 31 3 t Pr0 00141 2 990 00098 m 0 98mm 5 14 已知 tf 40 tw 20 u 0 8m s 板长 450mm 求水掠过平板时沿程 x 0 1 0 2 0 3 0 45m 的局部表面传热系数 并绘制在以为纵坐标 为横坐标的图上 确定各点 的平均表面传热系数 解 以边界层平均温度确定物性参数 查附表 3 水的物性为 mwf 11 ttt20 4030 C 22 0 805 10 6m2 s Pr 5 420 618W m K 在沿程 0 45m 处的 Re 数为 精品文档 16欢迎下载 5 6 0 80 45 Re4 47 10 0 805 10 x u x 该值小于临界 Rec 5 105 可见流动还处于层流状态 那么从前沿到 x 坐标处的平均对流换热系数 应为 3 x h2h0 664RePr x x 3 0 618Re h0 664Re5 420 72 xx x x 1 x 0 1m 时 6 0 80 1 Re99400 0 805 10 x u x 2 Re99400 h0 720 722270 W mK x0 1 x 局部换热系数 2 x h1135 W mK 2 x 0 2m 时 5 6 0 80 2 Re1 9875 10 0 805 10 x u x 2 Re198750 h0 720 721604 9 W mK x0 2 x 2 x h802 5 W mK 3 x 0 3m 时 5 6 0 80 3 Re2 9814 10 0 805 10 x u x 2 Re298140 h0 720 721310 4 W mK x0 3 x 2 x h655 2 W mK 4 x 0 45m 时 精品文档 17欢迎下载 5 6 0 80 45 Re4 472 10 0 805 10 x u x 2 Re447200 h0 720 721070 1 W mK x0 45 x 2 x h535 1 W mK 0 200 400 600 800 1000 1200 00 10 20 30 40 5 对流换热系数随板长的变化 第六章 6 17 黄铜管式冷凝器内径 12 6mm 管内水流速 1 8m s 壁温维持 80 冷却水进出口温度分别为 28 和 34 管长 l d 20 请用不同的关联式计算表面传热系数 解 常壁温边界条件 流体与壁面的平均温差为 冷 80288034 tt t48 94C lnt tln 8028 8034 却水的平均温度为 fw ttt 80 48 94 31 06C 由附录 3 查物性 水在 tf及 tw下的物性参数为 tf 31 时 f 0 6207 W m K f 7 904 10 7m2 s Prf 5 31 f 7 8668 10 4N s m2 tw 80 时 w 3 551 10 4N s m2 所以 7 f 0 0126 1 8 Re2870010000 7 904 10 m f du v 水在管内的流动为紊流 用 Dittus Boelter 公式 液体被加热 0 80 4 f Nu0 023RePr 0 80 4 f Nu0 023287005 31 165 2 精品文档 18欢迎下载 2 0 6207 165 28138 1 W mK 0 0126 f f hNu d 用 Siede Tate 公式 0 14 f0 81 3 f w Nu0 027 RePr 0 14 0 81 3 f 7 8668 Nu0 027287005 31194 3 551 2 0 6207 1949554 7 W mK 0 0126 f f hNu d 6 21 管式实验台 管内径 0 016m 长为 2 5m 为不锈钢管 通以直流电加热管内水流 电压为 5V 电流为 911 1A 进口水温为 47 水流速 0 5m s 试求它的表面传热系数及换热温度差 管 子外绝热保温 可不考虑热损失 解 查附录 3 进口处 47 水的密度为 3 989 22kg m 质量流量为 2 fm m V ur 2 f m 989 33 0 53 140 0080 0994kg s 不考虑热损失 电能全部转化为热能被水吸收 fpff UIm c tt ff pp UI5911 1 tt47 mc0 0994c 水的随温度变化不大 近似取 50 时的值 4 174kJ kg K 计算 p c ff 3 p UI5911 1 tt4758 C mc0 09944 17410 常热流边界 水的平均温度 4758 52 5C 22 ff f tt t 查附录 3 饱和水物性表得 精品文档 19欢迎下载 622 0 537 10 65 1 10 ff vmsWm K 3 f 4 175 Pr3 40 986 9 p CKJKg KKg m 4 m f 6 f 0 5 0 016 Re1 4898 10 0 537 10 u d v 采用迪图斯 贝尔特公式 0 80 4 f Nu0 023RePr 40 80 4 f Nu0 023 1 489810 3 481 81 2 1f 0 651 81 813328 6 0 016 hNuWmK d 壁面常热流时 管壁温度和水的温度都随管长发生变化 平均温差 wf UI tt hAh dl t 5911 1 10 9C 3328 63 140 0162 5 t 6 35 水横向掠过 5 排叉排管束 管束中最窄截面处流速 u 4 87m s 平均温度 tf 20 2 壁温 tw 25 2 管间距 d 19 mm 求水的表面传热系数 12 ss 1 25 dd 解 由表 6 3 得知叉排 5 排时管排修正系数 z 0 92 查附录 3 得知 tf 20 2 时 水的物性参数如下 f 0 599W m K f 1 006 10 6m2 s Prf 7 02 而 tw 25 2 时 Prw 6 22 所以 5 7 f 4 87 0 019 Re91978 2 10 10 06 10 m f ud v 查表 6 2 管束平均表面传热系数准则关联式 得 0 250 2 f0 36 1 ffz w2 Pr s Nu0 35Re Prs 0 25 0 2 0 36 f 7 02 Nu0 35919781 250 92 21 25 6 22 精品文档 20欢迎下载 2 ff Nu21 25 0 599 h669 4 W mK 0 019 d 例 6 6 空气横掠叉排管束 管外经 d 25mm 管长l 1 5m 每排有 20 根管子 共有 5 排 管间 距为 S1 50mm 管排距为 S2 37mm 已知管壁温度为 tw 110 空气进口温度为 f t15 C 求空气与壁面间的对流换热系数 解 对流换热的结果是使空气得到热量温度升高 对流换热系数一定时出口温度就被确定了 目前 不知空气的出口温度 可以采用假设试算的方法 先假定出口温度为 25 则流体的平均温度 f 1525 t 20 C 2 查物性参数 6 p 0 0259W m K 15 0610 c1005J kg K 空气的最大体积流量为 f33 max0 0 T 273 25 V V50005457 m h1 516m s T273 空气在最小流通截面积 2 min1 Fsd lN 0 050 025 1 520 0 75 m 处达到最大速度 max min V1 516 u2 02m s F0 75 max f 6 ud2 020 025 Re3353 15 0610 表 6 3 z 5 排时 修正系数 z 0 92 又 1 2 S50 1 332 S37 5 表 6 2 0 2 0 6 1 ffz 2 S Nu0 31Re S 0 60 2 f Nu0 3133531 330 92 39 37 对流换热系数 精品文档 21欢迎下载 f2 Nu 39 370 0259 h 40 79 W mK d0 025 这样大的对流换热系数应该是空气出口温度达到 1f t 1wfpff hA ttmctt 1 wfwf fff p00p hA tthdlNztt tt t mcV c 1f 40 793 140 0251 520511020 t15 1 2935000 36001005 1f t15 2439 C 计算的出口温度与初步设定的值有差异 f t25 C 再设出口温度为 重复上叙计算过程 1f t39 C f 1539 t 27 C 2 查物性参数 6 p 0 0265W m K 15 7210 c1005J kg K 空气的最大体积流量为 f3 max0 0 T 5000273 39 V V1 587m s T3600273 最大速度 max min V1 587 u2 12m s F0 75 max f 6 ud2 120 025 Re3365 15 7210 表 6 2 0 2 0 6 1 ffz 2 S Nu0 31Re S 0 60 2 f Nu0 3133651 330 92 39 46 精品文档 22欢迎下载 对流换热系数 f2 Nu 39 460 0265 h 41 82 W mK d0 025 这样大的对流换热系数应该是空气出口温度达到 1f t 1wfpff hA ttmctt 1 wfwf fff p00p hA tthdlNztt tt t mcV c 1f 41 823 140 0251 520511027 t15 1 2935000 36001005 1f t15 22 737 7 C 这个值与假定值很接近 所以出口温度就是 37 7 C 对流换热系数为 2 h 41 82W mK 第七章 7 3 水平冷凝器内 干饱和水蒸气绝对压强为 1 99 105Pa 管外径 16mm 长为 2 5m 已知第一排 每根管的换热量为 3 05 104J s 试确定第一排管的凝结表面传热系数及管壁温度 解 干饱和蒸汽在水平管外凝结 每根管的凝结热流量 1 ws hA t hA tt 由课本附录查得 压强对应的饱和温度Pa 5 5 1 1 9 99 91 10 0 潜热 s st t 1 12 20 0 r r 2 22 20 02 2 3 3k kJ J k kg g 计算壁温需要首先计算对流换热系数 h 而 h 又与壁温有关 先设定壁温为 则 w t 1 10 00 0 凝液的平均温度为 sw tt120100 t110 2 2 2 查水的物性参数 42 2 59 10 N