单相对流传热的实验关联式杨世铭陶文栓传热学第四答案

1、第6章单相对流传热的实验关联式课堂讲解课后作业【6-1】在一台缩小成为实物1/8的模型中，用20的空气来模拟实物中平均温度为200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多少？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】空气在20（模型）和200（原型）的物性参数为：2=15.06×10-6m2/s，2=2.59×10-2W/(mK)，Pr2=0.703；1=34.85×10-6m2/s，1=3.93×10-

2、2W/(mK)，Pr1=0.680；根据相似理论，模型与实物中的，由于，考虑到Pr数不是影响换热的主要因素，而且数值十分相近，故而这样的模化试验是有实用价值的。【6-7】试计算下列情形下的当量直径：(1) 边长为a及b的矩形通道：(2) 同(1)，但b<<a；(3) 环形通道，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。【解】(1) (2) (3) (4) 【6-8】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，且的d1=2d2。流动与换热已处于湍流充分发展区域。试确定在下列两种情形下两管内平均表面传热系数的

3、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】(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：，【6-17】一台100MW的发电机采用氢气冷却。氢气进入发电机时为27，离开发电机时为88。发电机的效率为98.5%，氢气出发电机后进入一正方形截面的管道。若要在管道中维持Re=105，问其截面积应为多大？氢气的物性为cp=14.24kJ/(kgK)、=0.087×10-4Pas。【解】发电机中的发热量为这些热量被氢气吸收并从27上升到88，由此可定氢的流量qm：设正方形管道的边长为L，则有当量直径雷诺数而【6-19】水以1.

4、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。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】 u=1.2m/s，d=0.02m。(1) 加热条件：平均温差，满足中等以下温差的条件。定性温度 ，则=0.6075×10-6m2/s，=64.15×10-2W/(mK)，Pr=3.925；，进入旺盛湍流区。(2) 平均温差，满足中等以下温差的条件。定性温度 ，则=0.6075×10-6m2/s，=64.15×10-2W/(mK)，Pr=3.925；，进入旺盛湍流区

5、。因为加热，近壁处温度高，流体黏度减小，对传热有强化作用；冷却时，近壁处温度低，流体黏度增加，对传热有减弱作用。【6-27】一个亚音速风洞实验段的最大风速可达40m/s。为了使外掠平板的流动达到5×105的Rex数，问平板需多长。设来流温度为30，平板壁温为70。如果平板温度系用低压水蒸气在夹层中凝结来维持，当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。风洞的压力可取1.013×105Pa。【解】定性温度 =17.95×10-6m2/s，=2.83×10-2W/(mK)，Pr=0.698；在70时，气化潜热r=2334.1kJ/kg，设凝

6、结水量qm，根据能量平衡【6-35】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。冬季室外温度为-10。如果空气以5m/s的流速横向吹过该管，试确定其单位长度上的对流散热量。【解】，定性温度 =20.02×10-6m2/s， =2.96×10-2W/(mK)， Pr=0.694；【6-44】一块有内部加热的正方形薄平板，边长为30cm，被竖直的置于静止的空气中，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150。试确定所允许的电加热器的最大功率。平板表面辐射换热系数取为8.25 W/(m2K)。【解】定性温度 =22.36×10-6m2/s， =3.15×10-2W/(mK)， Pr=0.6895；对流换热量 辐射换热量 总散热量：由于平板可以两面同时散热，故允许电加热功率为。【6-61】如图为热电偶温度计，置于内径为、外径为的钢管中，其，钢管的高度。用另一热电偶测得了管道表面温度，设，。不考虑辐射换热的影响。求：来流温度。 【解】 t=180 物形参数: 根据(2-37),有 6-70、已知：对燃气轮机叶片冷却的模拟实验表明，当温度的气流以的速度吹过特征长度、壁温的叶片时，换热量为1500