传热学课后的题目详解整理

1、实用标准文案3- 15 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为500C, =21W/(m *)，3=72kg/m，C=42J/(kg K)，初始温度为25C。问当它突然受到65C烟气加热 后，为在1min内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的表面换热系 数为 12W/(m2 K)。解：采用集总参数法得：日 / hA 、exp( ) 厲:cv ，要使元件报警则 -5C5 -65hAexp( )25-65:?cv ，代入数据得0.669mm验证Bi数：Bih(V / A)hD4 -0.0095 1：

2、.5故可采用集总参数法。精彩文档3- 31 一火箭发动机喷管，壁厚为 9mm出世温度为30C。在进行静推力试验时，温度为 12750C的高温燃气送于该喷管，燃气与壁面间的表面传热系数为1950W/(m K)。喷管材3料的密度=8400kg/m，导热系数为=24.6W/(m k), c = 56J /(kg K)。假设喷管因直径与厚度之比较大而可视为平壁，且外侧可作绝热处理，试确定：(1) 为使喷管的最高温度不超过材料允许的温度而能允许的运行时间;(2) 在所允许的时间的终了时刻，壁面中的最大温差；(3) 在上述时刻壁面中的平均温度梯度与最大温度梯度。(1)=讦0.76921亍盗5InFo气 +

3、sin cos已2sin 已 cos-0.9993解:Bi 二吐=0.71342 2J.2心2FoFo = 15.5sa丸1-P max 二 j. _ m _ 丁= 71 (1)cos F1.:t:xIt= (1000-1750)(1) = 293.90Ccos0.76921hx：, 一 X - 594510C/m.:tmax -ex1-1dx (x) 0 :.0 CO)；x :.入 “ I 八 1000-293.9-1750 (cos 叫-1)(cos0.76921-1) =32 6550C/m无限长圆管0.0096- 1、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用200C的空气来模拟实物中平均温

4、度为200C空气的加热过程。实物中空气的平均流速为6.03m/s，问模型中的流速应为若干？若模型中的平均表面传热系数为195W/（m2K），求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实物中流体的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：6 2 220 C： 1 =15.06 10 m/s,十 2.59 10 W/m K,Pn =0.703200 C: 2 =3485 10“m2/s2 =3.93 10W/m K,Pr2 =0.680U*| U2I212=Y)(右需8 6=20B5m/s又NU| 二

5、 Nu2得:2 叫（：)=19513.938 2.59-36.99W/(m2 K)上述模化试验，虽然模型与流体的Pr数并不严格相等，但十分相近 这样的模化试验是有实用价值的。6-&已知：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 =勿2,流动与换热已处于湍流充分发展区域。求：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，则以式（5-54 ）为基础来分析时，有:0.40.60.40.2对一种情形，Ui =U2 , di =2d2，故:hih20.8 . 0.2UidiU2d2U2 d2/、0

6、8fi PiUi:I f2 2U2 丿= 28.7%o若流体被冷却，因Pr数不进入h之比的表达式，上述分析仍有效。6-i9、已知：水以i.2m/s平均速度流入内径为 20mm的长直管。（i）管子壁温为75C, 水从20C加热到70C; （2）管子壁温为i5C，水从70C冷却到20C。求：两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。解：w=i.2m/sd = 0.020m(i)tf(2070) =45C(2)因为加热,RefNUfhmNuhm1.2 0.026 = 39506.170.675 10= 0.023Ref.8 Pi/4 =0.023 39506.170.8 3.95204 = 1

7、89.0519.05 64.15 10，udNu2= 6063.77W/(m k)0.02= O.O23Re.8R0.3 =0.023 39506.17.8 3.925“ = 164.8960.80.3_2J64*896 6415 10 =5289.05W/(m2 k)0.02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。6-70、已知：对燃气轮机叶片冷却的模拟实验表明，当温度 ti =35C的气流以ui Om/s的速度吹过特征长度h =0.15m、壁温twi =300 c的叶片时，换热量为1500W现在有第二种工况：t2 - 35 C、u

8、2 = 40m/s、I2 = 0.225m、tw2 = 340 C。两种情况下叶片均可作为二维问题处理，计算可对单位长度叶片进行。求：第二种工况下叶片与气流间所交换的热量。：2 _ h2 _ A =t2 解：ihiA ：tihi3,Re240 0.225宀Re Re2 ,即 Nqhi二 0.66670.225对二维问题换热面积正比于线形尺度（即以单位长度叶片作比较）因而有:0.225 340-35不二 0.66671.151,门 2 = 1.151 1500 二 1726W0.1530035。8-1、一电炉的电功率为 1KW炉丝温度为847C,直径为1mm电炉的效率为 所需炉丝的最短长度。0.

9、96。试确定解：5.67 X得 L=3.61m73+847 4J 10 丿二 dL=0.96 1039-6、试用简捷方法确定本题附图中的角系数X,2。解：因为X2/1 =1A2RX1 2 = =A 2二 R 3/4=0.4244(2)因为 X2,1 =12x12 =生=上乌=0.51,2 A2 二 R2(3) 参考(2),具有对称性,X1,2=0.5/4 =0.125(4) 假设在球得顶面有另一块无限大平板存在，由对称性知X1,2=0.5讣|在垂K于处匡万同无凰氏(b)半詡内边面匀联面9-35设有如附图所示的几何体,两部分。表面1为灰体，T1表面2为黑体，T2=330 K。及表面3的温度。解：

10、网络图如下:(亡)半球内汞面V+S#2Xi 2,3 =1= X3,1 22 Xi 2,3 = 0.52兀R二 X3,i = X32 = 0.5/2 =0.25X1,3= X2,3= 111212A =汉兀 D2 =汉 3.14 汉 0.22 =0.01572 48A =2二 R2 =0.0628550 42Eb1 =5.67 ()4 =5188.4W/m2100730 42Eb2 =5.67 () =6272W/m1001A11A3X3,1PL eJJ产！Kj*=118.3m，1-0.350.35 0.01571A3X3,2=63.7m表面1的净辐射损失:118.3-63.7 2Eb1 - E

11、b3=Eb1 _Eb2 = 5188.4_672.4 =18.38W5188.4 - Eb3 = e1843.24W /m2118.3-63.7又 巳3 (盒)4= T3 = 424.6Ko1, 2表面间的辐射换热量是由于绝热表面3的存在而引起的。10-9、已知 t1 二300 C, h =210 C，t2 rOOC，t2 =200 C，试计算下列流动布置 时换热器的对数平均温差：（1） 逆流布置；（2）一次交叉，两种流体均不混合；（3）1 -2型壳管式，热流体在壳侧；（4）2 4型壳管式，热流体在壳侧；（5）顺流布置。解：(1) t,二 t, t2 二 210 100 = 110t r = h -12= 300 - 200 = 100t1 -tr110 100Ltm104.9 CIn(t1 /tr ) In(110/100)JfFt2 -t2200-100(2) P0.5t t，300 100I 1- 1 2F卉t1 -t1300210R0.9200-100 t 2 _ t 2由参考文献1，图917查得=0.92：tm - 104.9 0.92 = 96.5