传热学第六章答案

1、第六章 复习题 1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？ 答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。 凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。 （1） 初始条件。指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。 （2） 边界条件。所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。 （3） 几何条件。换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。 （4） 物理条件。物体的种类与物性。 2试举出工程技术中应用相似原理的两个例子 3当一个由若干个物理量所组成的试验数

2、据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？ 4外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？ 5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。 答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。 6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。 答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。 7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这

3、与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？ 答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。 这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。 8简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律 Pr数，Gr数Nu数与BiNu数，简述数有什么区别？ 的物理意义910对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意 什么？相似原理与量纲分析 0C20的空气来模拟实物中平均温度为的模型中，用1 、在一台缩小成为实物1/860C

4、空气的加热过程。实物中空气的平均流速为6.03m/s200，问模型中的流速应为若干？若2K)195W/(m，求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实模型中的平均表面传热系数为物中流体的Pr数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值？ 解：根据相似理论，模型与实物中的Re应相等空气在20?C和200?C时的物性参数为：?62?2?W/m?K,?10Pr06?10?0m./s,703?2.20?C：59?15.111?62?2?W/m?K,Pr?0.m680/s,?3.93?10200?C：?34.85?10222ulull122?由 ?21?l0615.21sm/.03?20?(.)(85

5、)u?8?6?u 21?85.l34l2Nu?又Nu21?l93.132l2)?K?195?36.99W得：h?h(/()(m) 12?59.82l12分相近数并不严格相等，但十型与流体的Pr上述模化试验，虽然模这样的模化试验是有实用价值的。 Nu?f(Gr,Pr)。、对于恒壁温边界条件的自然对流，试用量纲分析方法导出：62ga?t起相当于强制对流中流速的作用。 提示：在自然对流换热中?Lt)(g解：hc?1?2?11?3?23?3?21?LTLMLLTTMLTMTML?0，)47?3?(，rn?312则各准内涵表达式如下a1b1c1d1?)?t(ghL1a2b2c2d2?)?(Lgt2a3b

6、3c3d3?)(cLgt?3?1?3a1b1?b1?3b1c1?c1?c1d1?2d1?TMLMMTTLLT展开：11?b1?c1?1?b1?3?3b1?c1?2d1a1?b1?c1?d1?L?MT解得：b1?1，c1?0，d1?0，a1?1 1?100?/Nu?hL(ghL?t)1?3a2b2?b2b2?3b2c2?c2?c2d2?2d2?TTLLMTM?MLLL21?b2?c2?3?a2?b2?c2?d2?b2?3b2?c2?d2?T?ML?b2?0，c2?1，d2?1/2，a2?3/2各系数乘以2得：033210230?Grg/(g?tL)tL?23d323?c3db3?3b3c3?c3

7、2?1?2a3b3?b?TTMTLTLM?LLL33c3?3d3b?2?3b3?c332?a?b3?c3?d3?1?b3?M?LT0?a33?0，?1，c3?1，d?b3?0?110?Pr)/?(gc?cL?t3即原则性准则方程：Pr)Nu?f(Gr， Nu?f(Gr,Pr)的关系式对于恒热63、试用量纲分析法证明，恒壁温情况下导出的?42?/Gr?gqlGr流边界条件也是合适的，只是此时 数应定义为。?t?t中的壁温为未（因为此时热流密度已知，而q代替证明：在习题18的分析中以?)c,(g,q,l,h?f?,lp1为基本变量，则有：知），则有，仍以 hl?dhc?l?h?1111 11?；

8、?ch?dcdh15?11?35?1?222LMTLMLl?LMTgMLqT?222222?15?c?1?3hc?d1?h?c5?T ?LM2222222222 ?4d?1c?2b?2? ， ，22224?qlg?4?2?12?Gr?ql?g? 22?； 得?c?p?dch?Prf、Gr?,?Nu?cl3333 3pj?。 64、已知：对于常物性流体横向掠过管束时的对流换热，当流动方向上的排数大于10时，试验发现，管束的平均表面传热系数h取决于下列因素：流体速度u ；流体物性?、c、d、s、sp。；几何参数 21求：试用量纲分析法证明，此时的对流换热关系式可以整理为： ?Re、?f、s/dNu

9、Pr、s/d 21C?ss?p个、共九个，基本量纲有、4、du 解：基本物理量有 h、12? =7n=9，。、质量、长度LM、温度Q），（时间T?h,d,u 为基本物理量，得：方程有五组，选取abcd?hud?1111 1dabc?d?u?2222 2dcab?u?c?d?3333 3pabcd?u?s?d4444 14abcd?u?d?s5555 2531?1?1?Ldd?T?MQdhT?MLd minminmin1?1?3?LTdu?MLQ?dT minmind?a?b?c?1?c?3?a3c?d1?c?d?LQ?MT1111111111 1d?a?b?c?a?3c?d?3?1?c?dc?

10、LMQT?2222222222 2d?b?c?a?3c?d2?ac?d?1?c?2?L?MQT3333333333 3c?d?c?a?3c?d1?a?b?c?d?LQ?MT4444444444 4dc?a?b?c?d?c?a?3cd1?LMTQ?5555555555 5 上式等号左边为无量纲量，因此等号右边各量纲的指数必为零（量纲和谐原理）故得：，c?11?c?d?0?111?0d?c?1?0?11?a?00c?d?3?a?3?1111?1b?a?b?c?d?0? 11111c?01?c?d?0?222?1?dc?0?22?a?10?d?a?3c?2222?b?1?3?a?b?c?d?0?2

11、2222c?1c?d?0?333?1?d?1?c?0?33?a?0?2?a?3c?d?0?3333?b?02?a?b?c?d?0? 33333c?0c?d?0?444?1?d?c?0?44?a?0?a?3c?d?0?4444?b?01?a?b?c?d?0?4 4444c?00?d?c?555?d00?c?55?a00d?a3c?5555?1b01?a?c?db? 55555 因而得：nd01?10?u?d?Nu?h 1? ud1?110?Re?u?d? 2?/ ?cp1100?Pr?cud? p3? s0010?1?s?u?d? 14d s001?02?s?u?d? 25d ?).d.s.c.

12、s.h?f(u的关系式可转化为： 因此21pss21.)Pr.Nu?f(Re dd 已知：有人曾经给出下列流体外掠正方形柱体（其一面与来流方向垂直）的换热65、 数据： Pr Nu Re 5000 41 2.2 3.9 125 20000 0.7 117 41000 0.7 202 90000 mnNu?CRePr的关系式来整理数据并取m=1/3，试确定其中的常数 求：采用C与指数n在上述Re及Pr的范围内，当方形柱体的截面对角线与来流方向平行时，可否用此式进行计算，为什么？ nmNu?CRePr有由 解： lgNu?lgC?nlgRe?mlgPr 1lgPr与lgRelgNu? m 根据实验

13、数据有：成线性关系11PrNu?lglgPrlg NulgRelglgRe3m 1.62 3.699 0.1141 1.5059 3.699 2.0969 4.3010 0.1970 1.8999 4.301 2.0681 4.6128 -0.052 2.1201 4.6128 2.3054 4.9542 -0.052 2.3574 4.9542 2.3574?1.5059?0?.678n lgC699?3.4.9542为直线在纵坐标上的截距。 不能将上述关联式用于截面对角线与来流平行的情形，因为两种情形下流动方向与物体的相对位置不同。 ?2s/u?15mK?40W/mh，、已知：如图，有人通

14、过试验得了下列数据：，661?2s/u?20mKW/?mh?50mnlPrNu?CRe。，。特征长度为 。设2l?1m的柱体试确定当空气流速为15m/s及求：对于形状相似但20m/s时的平均表面传热系数。四种情形下定性温度之值均相同。 uL15?0.57.20040?.551;Re,?Nu? 11? 解：(1)fffffuL20?100.?50055252;Nu?Re, 22? (2)fffffh?l15?1153;?Nu?,Re 3? (3) ffflh?204Nu?,Re? 44?。(4) ffnC、Pr、mnmNu?CRePr 2两情形得： ，对四种情况，均相同，由1、m?2057.?n

15、CPr? ?ff?m?2510m57.20?nPr?C? ? ?1025?ff ，由此得： 。，m=0.766 0.766?h15?n3PrC? ?ff，与（1）得：）相除得：由（3 ?0.7660.766?/15hh15?ff327660.3K/m?,34?.25,h?20?2W? 37660.?5.20720/?/57.?f； f7660.?h20?n4Pr?C? ?ff，与（41）相除得：）得： 由（?0.766766.0?/20/hh20?f4f27660.4Km?81?42.,?h?20?2141W/? 4766.0?5720.20/?/7.5?ff?22K3.W/m?h?34KW/

16、m?42h?.8， 。 34管槽内强制对流换热 ab?a；，但（3）环形通道，）同（17、已知：（）边长为b及的矩形通道：（21）6内管外径为d，外管内径为D；（4）在一个内径为D的圆形筒体内布置了n根外径为d的圆管，流体在圆管外作纵向流动。 求：四种情形下的当量直径。 解：ab24ab?1?d? mb?aa?b2ab24ab?b2?2?d? mb?aa?2b22dD?4? 22?dDd?3? md?22D22?dD?n4? 22?22?nd?D?d4? mnd?D2?ndD d2d?，1与2，且68、已知：一常物性的流体同时流过温度与之不同的两根直管21 流动与换热已处于湍流充分发展区域。）

17、流体以同样流速流过1求：下列两种情形下两管内平均表面传热系数的相对大小：（ ）流体以同样的质量流量流过两管。两管：（2?40.00.6.4?ucph 20.0.4?h，解：设流体是被加热的，则以式（5-54）为基础来分析时，有： d2,u?ud? 对一种情形，故：21218.20.810.80.81.28.0.0?dhuuddfu1?211111111%?28?.7? 20.80.?2uudhfddu? 。122222222 Pr数不进入h之比的表达式，上述分析仍有效。若流体被冷却，因23?5?490 Pr?10m/s ,?885kg/m8?3.，9、已知：变压器油。在内径6 ，流量为0.31

18、3kg/s。为30mm的管子内冷却，管子长2m 求：试判断流动状态及换热是否已进入充分发展区。 3130.4m4?2300395Re? 5?du10?8853.83.1416?0.03 ，流动为层流。解： 9678?395?4900.05RePr?0.05 按式（5-52）给出的关系式，Pr.05Re?.0366.7?0/ld?2/0 而，所以流动与换热处于入口段区域。试对氢气与空气的冷却效6-10发电机的冷却介质从空气改为氢气厚可以提高冷却效率，果进行比较比较的条件是：管道内湍流对流传热，通道几个尺寸，流速均相同，定性温度：下性数据如氢温差修正50气的物虑下处，为50气体均于常压，不考?6?

19、32?kgK.36kJ41.?10?Pas,c14?.m07550?.kg，?194210WmK9，?p 的流速流经内径为1.5m/s的空气，以120kPa、压力为100、已知：平均温度为116 25mm电加热管子。均匀热流边界条件下在管内层流充分发展对流换热区Nu=4.36。 求：估计在换热充分发展区的对流换热表面传热系数。 p1200003?m/121kg?1?. RT287?373， 解：空气密度按理想气体公式计算?与压力关系甚小，仍可按一物理大气压下之值取用， 空气的 100时： 1.121?1.5?66?1919?2300025?9?1010kg/,m?s?,?Re?0.?21. 2

20、1.9 ?0.0321?2KW?/m?5.h?4.36?6?4.36 025.0d 故为层流。按给定条件得： 。 612、已知：一直管内径为2.5cm、长15m，水的质量流量为0.5kg/s，入口水温为10，管子除了入口处很短的一段距离外，其余部分每个截面上的壁温都比当地平均水温高15。 求：水的出口温度。并判断此时的热边界条件。 150?30?30?t?tt? f50?t22 ，则定性温度解：假使出口水温，?6?,Pr?5/.mK,?801.5?10s42?0.618W/kgm?。 水的物性参数为610?0.54m4?410?31771Re? 15?t?t?5?801.1416?0.d025

21、3. 。因， wf0.80.4Nu?0.023?31771?5.42?180.7， 不考虑温差修正，则f?Nu180.7?0.618?f2KW/h?m?4466.9 025.0d, ?4466.9?3.1416?0.025dl?t?t15?15?78.94kW?hf1w。 i?209.3kJ/kgkg/.04kJi?42，得热量另一方面，由水的进口焓，出口 ?kW6783.209.3?4204.5?mi?i?0.? 。 2?t。经与 ，需重新假设相符合为止（在允许误差范围内），直到 2121?78.4kW547.t?。这是均匀热流的边界条件。， 过计算得21613、已知：一直管内径为16cm，

22、流体流速为1.5m/s，平均温度为10，换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于10，流体被加热。 求：试比较当流体分别为氟利昂134a及水时对流换热表面传热系数的相对大小。 解：由附录10及13，10下水及R134a的物性参数各为： ?2?6?0.2018?10m/s,Pr?,?/08880?.WmK3.915：R134a ；?62?/s,Prm?,9?1.306?10?0.574W/.m?K52； 水： ：对R134a1.5?0.01665,Re10?1.1893?10? 20180.08880.?280.40.K?/m?2531h?0.023?118930.3W?3.9

23、15 0160. 对水： 1.5?0.0166?18376,?10Re? 306.1574.0?240.0.8Km?5241Wh?0.023?18376/?9.52 016.0 对此情形，R134a的对流换热系数仅为水的38.2%。 5Pa?101.013下的空气在内径为76mm的直管内流动，614、已知：入口温度为65，30.022m/s，管壁的平均温度为入口体积流量为180。 求：管子多长才能使空气加热到115。 65?115?t?903? ?0.972kg/mf2，相应的物性值为： 解：定性温度?6?2?,Pr?0/.m,?21.51.009kJ/?kg?K10,13?3.?10s690

24、W/kgm?K?cp3?1.0045kg/m 在入口温度下，故进口质量流量： 33?2?kg/s.298?10?s1.0045kg/mm?0.022m2/ ，?26?4m298?10?104?2.410?17906Re? ?3.1416?0.076?d21.5l/d?60计， ，先按50.08?0.0313?2480.0.Km69?20?50.08,h?.62?Nu0.023?17906W/?0. 00760.?Kc?1.009kg?Kkg.007kJ/?c1kJ/pp。 时，65，时，115 空气在故加热空气所需热量为： ?33?1162.3W?0071.?10?c?t650?.02298?

25、1.00910m?115?ctpp 采用教材P165上所给的大温差修正关系式： 0.530.530.53T?363273?90?f?0c?.885? t453180273?T?。 w所需管长： ?1162.3?2.96ml? ?9088506220076014163?dhtt.?.?.?.?180?fw l/d?2.96/0.076?38.6?60，需进行短管修正。采用式（5-64）的关系式： ?0.7?/l1.c?1?0775d?所需管长为2.96/1.0775=2.75m。 ，f615、已知：14号润滑油，平均温度为40，流过壁温为80，长为1。5m、内径?4?s?m4?10kg/?28.

26、。 为22.1mm的直管，流量为800kg/h。80时油的 求：油与壁面间的平均表面传热系数及换热量。 解：40时14号润滑油的物性参数为： ?3?62?/s,Prm?1242.2W/?m?K10,m?880.7kg/1522,1416?0.， Pr?323，符合本书第二版式（4-6480时）的应用范围，于是： ?0.0.25443.0.50l/Prd46?RePr/Pr?Nu?0.， fwf?4m4?800/3600?123Re?.2 ?6?d3.1416?0.021?880.7?124.2?10， 0.05RePr?0.05?123.2?1522?9375.5,l/d?1.5/0.0221

27、?67.9 Pr/Pr?1522/323?4.712wf，于是：处于入口段状态， ?0.40.2543.500?3267.9.20.46?123.?1522511522/323/Nu? 32.5?0.1462?2?KW/mh?210 0221.0 ?W8955?4080?1.?hA?At215.1?3.1416?0.0221 616、已知：初温为30的水，以0.875kg/s的流量流经一套管式换热器的环形空间。该环形空间的内管外壁温维持在100，换热器外壳绝热，内管外径为40mm，外管内径为60mm。 求：把水加热到50时的套管长度。在管子出口截面处的局部热流密度是多少？ 30?50?t?40

28、 f2，解：定性温度 查得：?6?,Pr?4.31/,kg?kg/sm?K,c.?0635W/?m?K,10?653.3?4147Jpd?D?d?60?40?20mmc?4md4?0.857?0.02cRe?16702? 6?2222?653.3?100.06?D?d03.1416?.04 ， ?6?s10?mkg/?282.5?，流体被加热，按式（5-56），有： w ?11.0.11031.08/30/.81?5Re0270?Nu,?.?Pr282/3.65331.4?16702?027.0?wff1.115?115.1?0.635?2K?4W/m?3654h?. 020. 。?cmt?t

29、t?t?tdlh?Aht由热平衡式，得： pfwfw?mc?tt3050.857?4174?0p?2.l?2?m? ?30?1003654.4?3.?t1416?0dh.t04?。 fw?2?183kW50/3654.4?m100?q?h?t? 管子出口处局部热流密度为617、已知：一台100MW的发电机采用氢气冷却，氢气初始温度为27，离开发电?4?s?kg/m?0.087?c?14.24kJ/kg?K,10。发电机效率为机时为88，氢气为p98.5%。氢气出发电机后进入一正方形截面的管道。 510?Re 其截面积应为多大？ 求：若要在管道中维持,?666?W10.5?100?10?11?1

30、00?10?0.015?Q?为量机中的发热 解：发电 这些热量被氢气吸收并从27上升到88，由此可定氢的流量G： ?63,G?1.727kg/27sG?1.5?14.24?10?1088?。设正方形管道的边长为2?uLuL510?G ?L， L，则有2?1.uL727?uL?G,?L?1.985m 545?10?.087?10?100:。其中 618、已知：10的水以1.6m/s的流速流入内径为28mm、外径为31mm、长为1.5m的管子，管子外的均匀加热功率为42.05W，通过外壁绝热层的散热损失为2%，管材的?KmW/?18. 求：（1）管子出口处的平均水温；（2）管子外表面的平均壁温。

31、解：10水的物性为： c?4.1913?m/.7kg?999?2?6?10306?v?1?57.4?10.p P?42.05?(1?2%)?41.209WWP?42.05 放 ，（ 1）设出口水平均温度为15 20水c?4.183?2.998?2?6?59.9?10v?1.006?10p 15水的物性：c?4.187?998.762?58.65?10v?1.156?10p 27?8P. r 管截面积2?028.02m00061544.?s0 14 3V?0.00061544?1.6?0.000984704m/s 3?999.7kg/mG?0.98441kg/s P?GC(t?t)?0.9844

32、1?(Ct?Ct)?41.099kW11222p1 设出口温度为20 P?0.98342?(4.183?20?4.183?10)?41.05kW与 41.099接近， 故出口平均水温为20 （2）管内壁的传热面积为： 2?m.1388.5?0.028?0?1S 210?20?t? f2 150286?0.ud1.3?38754.Re? f6?v10.156?1 480.0.480.0.8?250.3?8.27N?0.023RP?0.023?38754 rue?6?N10.65?250.2?582uk)W/(m?5253.4h md0.028 41.209?1000t?t?74.5 fwh?S1

33、 2?l(t?t2)ww?12 d?2/ln() d 1d0.031?2/)ln()/1000?ln(1841.209? d 0.0281t?t ww?l2?3.14?12.512 ?24.736?74.5?99.23 6-19、已知：水以1.2m/s平均速度流入内径为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。 求：两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。 w?1.2m/sd?0.020m 解：1?(20?70)?45t? f2 ） （102.0ud1.2?17.Re?39506 f6?v10?0.675 0.40.80.80

34、.4189.05?0.023Re?Pr?0.02339506.173.952Nufff 2?N19.05?64.15?102u?k)h?6063?.77W/(m? m020.d 3.0.803.0.80896?164.39506?.17?3.9250023N?0.RP?.023）2 （rue2?1015?64164.896?.2)/(?mkW.?h528905 m020. 因为加热，近壁处温度高，流体粘度减小，对传热有强化作用，冷却时，近壁处温度低， 流体粘度增加，对传热有减弱作用。6-20、已知：一螺旋管式换热器的管子内径为d=12mm，螺旋数为4，螺旋直径D=150mm。t?20，管内平均

35、流速u=0.6m/s，平均内壁温度为80。 进口水温 求：冷却水出口水温。 tt?63，则解：此题需假设 进行计算。经过数次试凑后，设20?60?41t?.5 f2， ?26?Kkg4147J/m?/W/sm?K,c?0.6564?10?0.6353p物性值： ?6?3?,Pr?4.195kg/m992.1kg/m,?650.7?10s?， 6ud?100.0210.6?410?1.0097Re? ?65640. 。?D?4?3.1416?0.15?1.885m,l/d?1.885/l?40.012?157， 每根管长： ?336?10?355.012/0.0751?1.c?1?10.3042

36、2d/R1?10.3?,0.wp 采用式（5-56）得： ?0.8?0.143/41?1.042?.?1.097107/355.1?4.19582.75?650?Nu0.027， ?2K?4381W/m/?0.63530.012?h?82.75 , ?11.59864381?kW80?41.?Ah?t?3.1416?0.0121.885?, 传热量 :1 热平衡热量: 2?d?2?12.07763?20kW?992.1?0.6uc?t?t4147785?0.?0.012 p24?63t即为所求之值。相差小于1%，故 与21l?3m，圆管直径6-21、已知：如图为现代储蓄热能的一种装置的示意图。

37、h=0.25m，为d=25mm，热水流过，入口温度为60，流量为0.15kg/s。周围石蜡的物性为：熔点为 2?770kg/m27.4，溶化潜热为L=244Kj/kg，。假设圆管的温度在加热过程中一直处于石蜡的熔点， 求：把该单元中的石蜡全部溶化热水需流过多长时间。 解：假定出口水温为40C，则水的定性温度为50C水的物性参数?Km648.W/.?0?3?6?K.Kg/?.Pr?354,C4174Jmkg.?s?.;?549410pa.,9981/,p4qm?13905?2300Re? ?dn 所以管流为湍流故30.0.834.023Re69.?PrNu?0?Nu?2Km.1797h?W/ d

38、 ,?60025?120/d?3/0.l 又因为1C?30,?t?22.6,C?1?t?t 所以tmlf?tt?t?tq?hAC?fmpfmf?热平衡方程 ?dl;2At?t?t?1/?fff? 其中?25.t?43fC 所以可得?5.?51t40?t数参物与假定大，在假设性C，水较C相差ff?Km.65W/.?0?36?KJ/.Kg?Pr?3.465?10,Cpa.s,?987.3kg/m4175,?537. pq4m230014213?Re? ?dn ，是湍流30.0.808.023Re70.Pr?Nu?0?Nu?2Km.h?1822W/ d 因水被冷却1?30,C?22.6?tC?1,?

39、t?t,?603l/d?/0.025?120tfml ?tt?qChA?t?t?fmmpff?热平衡方程 ?dlt?;t?1/2At?fff? 其中?443.t?fC 所以可得1?,c3?24.?30t?t?ttfw壁温与液体温差 ?W.t8?10395?qct?fp1fm? 水与石蜡的换热量为?W10432?hAt?t?wf2 而牛顿冷却公式?21?100%?0.348%?5%?/2? 热平衡偏差21?4.?tf43C 故上述计算有效 为使石蜡熔化所需热量为7?J?3.495?Q?r10V?W?9?10413?1/2.? 21?min563356.2s?Q/? 所需加热时间30t?t)?t?

40、1/2(C 空气定性温度?mw?t?t?w0?x? t?ttt?均可或6-22、已知：。无论在管道中充分发展阶段的换热区域whbw x无关。是轴线方向坐标x的函数，但上述无量纲温度却与证明在充分 求：从对流换热表面传热系数的定义出发，以圆管内流动与换热为例， 发展换热区常物性流体的局部表面传热系数也与x无关。tt?w?r?f? tt? 解：设在充分发展区，则：bwt?r?d?R?rconstR?f?t?drt R为管子半径）， （此处 Rr?bw?t?const?htxt?bw r? 于是：Rr?6-23、已知：如图，一电力变压器可视为直径为300m、高500mm的短柱体，在运行过程中它需散失

41、热流量为1000W。为使其表面维持在47，再在其外壳上缠绕多圈内径为20mm的管子，管内通过甘油以吸收变压器的散热。要求外壳温度维持在47，甘油入口温度为24，螺旋管内的允许温升为6，并设变压器的散热均为甘油所吸收。?2?K/?kg2427/m,c?J9?1259.kg 27时甘油的物性参数如下：p?2?,Pr?m?K,286?0,W/?79.9106780kg/?ms。47时甘油的?2?s10?mkg/?20.95。 求：所需甘油流量、热管总长度以及缠绕在柱体上的螺旋管的相邻两层之间的距离s。 解：假设：1、略去动能与位能的变化；2、略去管壁阻力。由热平衡，取6温升， 找出质量流率： 100

42、01000?s/0687kg1000W,q?qct0?t.? mpm6?2427t?ctp q406870.4?m485.Re? 2?d1079.9?3.14?0.02? ，所以流动为层流。 120?d?300/D/，略去弯管作用不计，设流动与换热处于层流发展段，因为 h，再从传热方程予以校核。采用齐德-泰特公式，先假设长度，计算出140.1/395.48?678079.?1711.86.206?4.98?11?.86Nu?1.? 9520.206000/? ，设L=6m ?2?Km?159.7W/0d?11.17?0.286/.h?Nu02/ , ?W10001203W47?27?0.02?

43、6?159.7?dLh?t?3.14? 3/2?L?11? L?323/?1/L?AHL?L ，即 由计算过程可见，对本例，2251.?L?11? ?L?由此得： ， 2251.51.?1000?2m55?4.7579?6?6?0L?L.? 121203? 故：1 所能缠绕的圈数：55.554L453.?4N? ?32.?03.140.3?0.D?d023.14? 圈。 500mm.4?110?s 534. 间距 外掠平板对流换热的速度10m/s。常压下20的空气以，平均壁温为6-24、已知：一平板长400mm40 纵向流过该板表面。处的热边界层厚度、局部400mm300mm、100mm50m

44、m、200mm、 求：离平板前缘 表面传热系数及平均传热系数。?26?KmW?0.0267/.sm.?1600?10/;?Pr0.701v 解：空气物性参数为1xuvx? ?3?m10441?.534St31250?Re?;?.Pr?3 xuv 离前缘50mm，?23/21/1KWpr/m.?h?0.33227Re.84 xx?2/31/21).WPr/(mK?h?0.664Re55.7 mx 同理可得：?232?Km.h?39.37W/m04?10m;h?13.92W/.K;St?2.处离前缘100mm mx?232?K.?27.84W/mm;h?13.92W/m.K;h28St?2.?10

45、处200mm 离前缘mx?2?32K/m.W/m.K;h?22.72W.St?3.53?10m;h?1136处离前缘300mm mx?22?3Km.?19.68W/h08St?4.?10m;h?9.84W/m.K;处离前缘400mm mx该的流速平行的吹过一太阳能集热器的表面。以6m/s，6-25、已知：冷空气温度为0m1m?1 。，其中一个边与来流方向垂直。表面平均温度为20表面尺寸为 求：由于对流散热而散失的热量。 20?010t? f2 解：2?6?705.?0?10,16?10,Pr?2.51?14. 空气的物性 1001.ul6?510?4.23728Re x6?1016?14. 1

46、1 68384.RePr?Nu?0.66432 2?10.51?384.68?22)mk?9?.655w(h 01. 2s?1?1?1.0m ?h?s(t?t)?9.655?(20?0)?193.1w 0w6-26、已知：一摩托车引擎的壳体上有一条高2cm、长12cm的散热片（长度方向与车t?150t?20，车速为30km/h身平行）。，而风速为2m/s，如果，车逆风前行，风w?速与车速平行。 求：此时肋片的散热量。 20?150?85t m2，解：按空气外掠平板的问题来处理。定性温度 ?2?6?27.6?10m/,s,Pr?0.691m.?00309W/?K 空气的物性数据为uL10.33?

47、0.1265105?Re?57389?10? ?21.6 ，故流动为层流。 ?233350.0.Km?212?36.W/,h?140.6?57389Nu?0.664?0.0309?0.691/0.?140.6?W22.150?206?.2?0.12?0.02?36?2hA?t?2? ，平板40m/s。设来流温度为306-27、已知：一个亚音速风洞实验段的最大风速可达5Pa013?101. ，风洞的压力可取。壁温为70Re5105?数，平板需多长。如果平板温度系用低 求：为了时外掠平板的流动达到的 x压水蒸气在夹层中凝结来维持，平板垂直于流动方向的宽度为20cm时。试确定水蒸气的凝结量。 70?

48、30?50t? m2，查附录解：8得： ?2?6?17.95?10m/K,s,Pr?0.698?0.0283W/m?， ?110?x17.95405Re?5?10,x?0.224m x6?4010?17.95 ， ?0.51/.51/3530?416.?Pr?0.6645?100.6985.Nu?0664Re， ?2Km?52.62W/.5?0,02830.224?h416 , ?94.?3032?0.224?W70?2hA?t52.62?0., ?3kgJ/?2334.1?10r70t? ，时，气化潜热 在94.3?3600?0.1454kgG?/h 32334.1?10?。凝结水量 6-2

49、8、已知：如图，为了保证微处理机的正常工作，采用一个小风机将气流平行的吹过集成电路表面。 求：（1）如果每过集成电路块的散热量相同，在气流方向上不同编号的集成电路块的表面温度是否一样，为什么？对温度要求较高的组件应当放在什么位置上？（2）哪些无量纲影响对流换热？ 解：（1）不同编号的集成电路块的表面温度不一样，因为总流量较小，在吸收第一块集成电路块的热量后，自身的温度也随之上升，气流再送到下一块集成电路板所对流热量变小，两者间温差减少，未被带走热量就会加在集成电路板上，使之表面温度升高，故在气流方向上，集成电路块的表面温度逐渐在上升。对温度要求较高的组件应放在气流入口处或尽可能接近气流入口处。

50、 （2）在充分发展对流换热阶段，除Re、Pr数以外，由三个几何参数所组成的两个无量纲参数，如S/L及H/L，影响到对流换热。 的平板，飞机2.5m、已知：飞机的机翼可近似的看成是一块置于平行气流中的长6-295Pa107?0.。机翼顶部吸收-10，空气温度为的飞行速度为每小时400km。空气压力为2m/800W ，而其自身辐射略而不计。的太阳能辐射为。如果考虑机翼的本身辐射，这一温求：处于稳态时机翼的温度（假设温度是均匀的） 度应上升还是下降？ 机翼对空气的对流换热。解：不计自身辐射时，机翼得到的太阳能辐射= 5.?6?1025.t?8?5?6.t? m2 需要假定机翼表面的平均温度。设，则 w?26?706.?0/s,Pr?12.73?10m?0.0239W/m?K, ， ?25?400000/3600571010?5?Re?2.18? 6?1073?12. ，?80.3/31/0.81244677062.18?0?Nu?0.037RePr0.037?. ?22m819W/234?3.5?234W/m?K,q?h?t?h24467?0.0239/2.5? 5