单项流体对流换热及准则关联式

1、第六章单项流体对流换热及准则关联式复习题1 试定性分析下列问题 :(1) 夏季与冬季顶棚内壁的表面传热系数是否一样？(2) 夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数是否一样？(3) 普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是否 有影响？(4) 从传热观点看，为什么散热器一般都放在窗户的下面？(5) 相同流速或者相同流量的情况下，大管和小管(管内或管外)的 表面传热系数会有什么变化？(6) 分析太阳能平板集热器可能涉及的传热问题。 (有条件时应参照实 物)2 传热学通常把“管内流动”称为内部流动，将“外掠平板，外 掠圆管”等称为外部流动，请说明它们的流动机制有什么差别。 这些对流换热问

2、题的数学描写有什么不同？3 是否可以把管内流动也视为边界层型问题， 采用边界层微分方 程求解？为什么？4. 图6- 16为带有不同垂直隔断的空间，左右两壁温度ti>t2,内隔断不绝热，但前后壁、上顶及地面均为绝热面，试绘出这些空 间内空气自然对流循环图。5. 图 6-17 是三种散热器热水进出口方法， 试从受迫对流， 自然对流，混合对流的机理分析这些散热器内的流动情况，稳定性及可靠性。6. 试设计测定管断面和全管长流体平均温度的实验方法。7. 试设计使供热设备表面为常壁温和常热流条件的方案。8垂直管内流体向上或向下流动被加热或被冷却时，自然对流对速度场的影响如何？试作速度场变化示意图.9

3、. 一个热的竖壁在空气中垂直向上运动，假定运动速度相当于它静止时表面空气自然对流边界层的平均速度，试分析运动对它的 表面自然对流速度场的影响如何。试作速度场变化的示意图。运 动使其表面传热系数与静止壁相比时增加还是减小？如果竖壁时 向下运动又如何？10. 自然对流时因为温度差引起的，Prz 1时S S t,试说明在边 界层里S与St区域内的流动情况和温度分布。11. 试推导垂直壁层流自然对流动量微分方程式，设tw<tf。12. 流体在管内流动而被加热，已知管长I, m,管径d, m,管内 流体质流量M , kg/m2，进口温度tf 管壁为常热流边界条件，热 流密度为q, W/川，请写出计

4、算表面传热系数 h及管子进出口端 壁温t'w, t''w的详细步骤。13. 关于管内对流换热的热进口段长度有集中表达方式，它们各适应什么条件？ （ 1）从管子进口到热边界层在管中心闭合前的一段 长度；（2）当一mo和h=const前的一段长度；（3） l/d=0.05Re.Pr.14. 外掠平板紊流局部表面传热系数沿板长的变化（图5 7）与管内紊流进口段局部表面传热系数沿管长的变化（图61）两者有明显的差别，请作一些分析。15 以薄壁不锈钢管作导体通电加热在管内流动的气体， 管子裸露 置于室内，试写出在稳定情况下， 该管 dx 长微元段的热平衡关系。 已知钢管电阻微R,

5、 Q/m;电流微I, A。16. 进口温度为10C，质流量为0.045kg/s的空气在直径51mm,长2m的管内被加热，壁温保持200C，试用式（6-4）计算它的 表面传热系数和出口温度。17. 黄铜管式冷凝器内径12.6mm,管内水流速1.8m/s，壁温维持 80C，冷却水进出口温度分别为 28C和34C,管长l/d>20，请用 不同的关联式计算表面传热系数。18. 已知锅炉省煤器管壁平均温度为 250C，水的进出口温度为160C禾口 240C，平均流速要求为1m/s，热流密度q=3.84 x 105W/，试求所需管内径和长度（提示：先按紊流计算，再校核 Re。19. 一盘管式换热器，

6、蛇形管内径d= 12mm,盘的直径D= 180mm （以管中心距离计），共有四圈盘管。若管内水进口温度为 20C,平均流速为1.7m/s，壁温为90C,试估计冷却水出口温度。20. 水在热交换器管内被加热，管内径 14mm管长2.5m,壁温保 持为110C，求水在进口温度为60C及流速u=1.3m/s时，通过热 交换器后的温度。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47C, 水流速u=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)22. 2.5kg/s的40C的水

7、进入50mm内径的管子，壁温85C，管壁 粗糙度为0.0002，若管长为10m计算出口水温及全管热流量。23. 空气在管内受迫对流换热，已知管径 d=51mm管长l=2.6m , 空气质流量M= 0.0417kg/s ,进口温度t'f= 30C,管壁的热流密度 q=12120W/川,求该管的平均表面传热系数h,空气在管子进口和出 口端的表面传热系数h', h'',出口温度t''f，管壁进口和出口端的 壁温 t'w, t''w。实验点空气温度管壁温度最窄截面风速换热量(W)管径(mm)123.0184.811.05288.0

8、2529.5152.012.67286.02539.1107.725.69282.025421.0112.425.04282.025517.6105.027.60287.025620.6151.513.98283.025723.0195.013.70520.050810.8160.815.65523.05099.6117.629.38510.0501021.0155.020.02517.0501114.3136.024.04536.0501220.2119.134.35533.0501321.0125.031.83519.0501410.8104.036.94523.050159.5124.0

9、17.20284.0251621.0102.031.39280.02524. 水以1.3m/s的速度通过内径19mm,长为5.5m的管子，压降 为42mmHg,管壁平均温度为80C,管内水平均温度55C，试从类 比律求表面传热系数，并与光滑管进行比较。25. 空气在管内以1.27m/s速度流动，平均温度tf= 385C, tw = 579C，管内径d=22mm长2.5m,试求空气的表面传热系数。26. 上题空气流速增加到u=3.5m/s，此时tf = 58.1 C, tw = 906C, 试求表面传热系数。27. 套管换热器，内管外径di = 12mn,外管内径d2=16mm管长 400mn,

10、内外管之间的环形流道内水流速 u=2.4m/s，平均温度tf= 73.1 C，内管壁温tw = 96C,试求内管外表面的表面传热系数。28. 空气以0.0125kg/s流量流过直径50mm 长为6m的圆管，温 度由23.5 C加热到62C，试求在常壁温换热条件下管壁温度 tw, 表面传热系数h及换热量。（建议用式（6- 5）计算表面传热系 数）29. 已知椭圆管的长轴2a=26mm,短轴2b=13mm用它做成的换热 器每根管子的水流量为4X 10-4m/s。要求在壁温90C时，把水从32C加热到48C。计算一根管的长度。如果采用与该椭圆管周长相同的圆管在同样条件下完成水的加热，有需多长的圆管，

11、两者 相比差多少（ %）?并分析引起差别的原因是什么？30. 空气横向外掠单圆管换热研究试验台，实验管长 0.3m，管径 有50mn和25mn两种，现测得如下表列的16个实验点数据。试由 数据整理出该次实验得到的空气横向外掠单圆管换热准则关联 式。并构思这种实验台的构造及测试系统。31. 空气以25.5m/s的速度横向外掠直径35mm长0.5m的单圆管， 对流换热量为900W,管子前后空气平均温度253C。试确定管壁 温度。32. 直径14mm长1.5m的管状电加热器垂直至于速度为 3m/s的 水流中，水流过管子前后的平均温度为 55 C,设加热器管表面允 许最高温度为95C，计算它的最大允许

12、电功率。33. 空气横向掠过单管，管外径12mm管外最大流速u=14m/s,空 气温度tf = 30.1 C ,壁温tw = 12C。求空气的表面传热系数。34. 空气横向掠过 6排顺排管束，管束中最窄截面处流速 u=15.5m/s，空气平均温度为19.4 C,壁温tw= 678C，管间距 Sd二S2/d=1.2, d=19mm,求空气表面传热系数。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"202C ,壁温 tw=252C，管间距 S1/d=S2/d=1.25, d=19mm,求水的表面传热系数。36. 空气横向掠过12排管子组成的叉排加

13、热器，管径 d=25mm管 间距Si=50mm,S2=45mm。管束的最窄截面处流速u=5m/s,空气平 均温度tf=60C，试求管束平均表面传热系数。如管束改为顺排， 其他条件不变，则表面传热系数为多少？37. 试求空气掠过黄铜管束的表面传热系数及出口温度。已知管束为叉排，共4排，每排16根管，管长1m,管外径25mm管间距S=50mrp S2=37.5mm管内为1.43 x 10-5Pa绝对压力的蒸汽，空气 进口温度tfi=15C ,流量Vo=7500Nm/h。(提示：计算中略去蒸汽及 管壁热阻)。38. 试确定上题空气掠过管束时消耗的功率、单位面积换热量与功率消耗之比。已知该叉排管束的阻

14、力系数为-=0.75Re-2流过管束的压强降Ap=f2 p u2(卩f/卩w)0.14m,N/m 式中m为排数，u为管间最大流量，m/s.39. 改变地37题中的管间距，令S1、S2按比例缩小或扩大，比例 为0.85、0.95、1.05、1.25、及1.5等，在其他条件均不改变的情 况下，求单位面积换热量与功率消耗之比的变化。40. 由圆翅片管束(见图5-1)制成的蒸汽一空气加热器。管束及 翅片管的换热及流动阻力计算关联式为Nu=0.134Re).681Pr1/3(H- S )/H0.3(H- S )/5 0.1134(Re=1032x 104)Nu=0.1891+0.1(S1/d0-2)Re

15、0.685 Pr1/3( S /H)0.304(Re=2x 1045x 104)F=37.86RG0.316 (S1/d0)-0927(S1/S2)0.515上述关联式定性温度为流体平均温度，定型尺寸为管外径do。已知管束参数为： 正三角形排列， 管间距 S1=70mm，6 排，每排 20根， 管长1.5m, do=25mm翅片厚8 =0.5mm翅片高H=20mm翅片间距（节距）b=3.5mm空气质流量M=1.8kg/s,管壁温度tw=110C，空 气进口温度tf1=10C,试计算换热量及功率消耗。41 一厚壁紫铜管， 内置电加热器， 悬吊于大于水槽中进行水平圆 筒壁自然对流换热实验研究， 实

16、验中管壁温度可作为常壁温处理， 求水在横管外自然对流表面传热系数，已知管外径d=30mm,水的平均温度tf=37.1C,壁温tw=645C。在这种情况下的实验数据 为 什么可以作为常壁温处理？42. 直径50mm的立管，高0.5m,表面温度90C，空气温度20C, 试求管外壁空气自然对流表面传热系数。43. 水平蒸汽输送管外径d=0.3m, tw=450C，环境温度tf=30C, 试求每米长管子的自然对流散热损失。44. 外径76mm的暖气管，横穿室内，tw=100C,室内温度tf=18C, 计算管壁自然对流表面传热系数及单位管长散热损失。45. 顶棚表面温度13 C,室内温度25C,顶棚4m

17、x 5m,试求自然 对流换热量及其表面传热系数。46. 倾斜放置，温度为45C的1mx 1m平板，热面朝上接受辐射热 300W/ m，辐射热被全部吸收，然后以自然对流方式散出，环境温 度为0C,板背面绝热。试求稳态时，该板平均温度能达到的最大 值。47.某实际工程设备是一个水平圆筒，其直径达5.5m，表面温度355 C,放置在周围空气温度为35 C的环境中，现需要知道它的自然对流表面传热系数，但因为实际设备太大，只能依靠模化实验 研究它的表面自然对流换热，为此需要确定模化实验的圆筒模型 最小直径是多少？根据现有条件， 有两个模化方案可供选择， 第 1 方案是：模化实验在空气中进行，模型表面温度

18、为80 C,室内空气温度控制为20C。第2方案是：圆筒表面温度控制为 80C，并 采用温度保持20C的水代替空气在水槽中进行实验。请计算这两 个方案模化所用的实验圆筒直径各为多少？并对方案的优缺点进 行分析。48. 常壁温竖式散热器，已知高度为650mm在室温15C时，它 的平均自然对流表面传热系数为 4.82W/（m2C ），散热面积2卅， 试确定表面温度。该散热器内充油，热源为市电，请计算它的自 然对流散热的电动率。49. 面积为1 X1 （韦）的加热板，垂直吊放在空气中，每边的功率 3100W设其中1/2是以自然对流方式散出的，空气温度为 20C, 试计算板的局部表面温度及局部表面传热系数沿板高的变化，并 绘出它的变化曲线（可每隔0.1m为一个计算点）。50. 若上述电热板置于水中情况如何？如果再将功率增加10倍，板表面局部温度及局部表面传热系数又如何？51. 将 49题中的板作为常壁温边界条件处理，计算它的壁面温度 用式（ 6-19）计算 。并与作为常热流条件处理时，板的半高度 处的壁温相比较。52. 辐射采暖板twi =