传热学答案桉

1、传热学习题一建工版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 twi = 150 C 及twi = 285 C，试求热流密度计热流量。解：根据付立叶定律热流密度为：q = -2gradt=-2 A tw2twlA = -45A 28aa 50a = -30375(w/m 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：<I> = q. A = -30375 (3x2) = 182250(W)对空气的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°C,管壁h=

2、73(W/m2.k),热流密度q=5110w/m2,是确定管壁温度及热流量0。解：热流量<D = qA=q(A-dl)=5110(3.14 x 0.05 x 2.5)=2005.675(W)又根据牛顿冷却公式e = hAAt=li x A(t w tr ) = qA管内壁温度为：护=155( ° C)热系数1-1.按 20°C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 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：由附录7可知，在温度为 20° C的情况下，X 稠=398 W/(m- K)

3、, X i8ffi=36W/(m-K),入窗=237W/(m- K), X as=109W/(m-K).所以，按导热系数大小排列为：入稠入？s>入?> X ?(2)隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m-K). 由附录8得知，当材料的平均温度为20°C时的导热系数为：膨胀珍珠岩散料：X =0.0424+0.000137t W/(m-K)=0.0424+0.000137 X 20=0.04514 W/(m-K);矿渣棉：X =0.0674+0.000215t W/(m- K)=0.0674+0.000215 X 20=0.0717 W/(m-K);而其它三由

4、附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下，X =0.035-0. 038W/(m-K),由上可知金属是良好的导热材料，种是好的保温材料。别画出稳1-5厚度6为0.1m的无限大平壁，其材料的导热系数X =100W/(m-K),在给定的直角坐标系中，分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。 tlx=o=4OOK, tl x=5=600K;(2) tl x=5=600K, tl x=o=4OOK;Q 丸解：根据付立叶定律限大平壁在无内热源稳态导热时温度曲线为直图 2-5(2)图 2-5(1)_dt _ 2 = j dttdt _由题意知这dx一个一维xx( = =o)

5、、稳态5 0 dy Qzq* =-兄 J;j eo(1) tlx=o=400K, tlx= 5 =600K 时温度分布如图2-5(1)所示根据式(a),热流密度qx<0,说明x方向上的热流量流向x式可简化向符合热流量由高温传向低温的方向(2) tl x=5=600KxI x=°=400K;)温度分布如图2? 5(2)所示因为t=a+b根据式以,热流密度qx>°，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t=a+bx 2 (C/mo若平板导热系数为45w/(m.k),试

6、求：(1)平壁两侧表面处的热 流 原？为什么？如果有内热源的话，它的强度应该是多大？(c)- z- = 2t>(1)dx根据式 (b) 和付立叶定律q =兄 = A2bxdxqx 0 = 0,无热流量qx=5 = -22bS=-2 x (-2000) x45x 0.05=9000(w/m 2 )将二阶导数代入式 ( a)_i 2 ”该导热体里存在内热 解：方法因为t=a+bx2,所以是一=22bxqv = -A r = -2bA = -2x (-2000) x 45=180000w/m 3 dx qv=-2x (-2000) x 45=180000w/m 3其强度为l ?8xl0 4w/

7、m'维稳态导热问题2bx根据付立0定(i) q x0 = 0,无热流量=-22bA=-2 x (-2000) x45x(2)无限大平壁一维导热时5导热体仅在边处丁也,及x=6处有热交换，由 间内获取的热量为in = (q x=0 - q")? Aarea = 0-(-2b2A)0>i n= 2bAAA area < 0(d)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： volume-2b>LAA area =_( 2bA )Aarea X在内表面加一层硬泡沫塑料，使

8、导入室内的热量比原来减少80%o已知砖的导热系数入 =0.7W/(m? K),灰泥的入=0.58W/(m? K),硬泡沫塑料的 X =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q、R'+ R 入 2加硬泡沫塑料后热流密度：=0.09056m=90.56mm加贴硬泡沫塑料的厚度为90.56mm.1W1?AAAW A21R; 12tw2又由题意墙壁内外表'AAAAAA湘幽叫2亡2 ,将、(2)代入(3),WARQ3w220% =Rx iAR 2+7?2°% = ? + 蛍 + 色A A2 A30.240.02i0.70.580.24

9、0.026.ii0.7 0.582-19 一外径为100mm,内径为85mm的蒸汽管道，管材的导热系数为=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28X =40W/(m-K),其内表面温 度为180°C,若采用X40°C,管保温层外径dg =d 2 + 2S = 0.1 +蒸汽管允许的热损失9/ =523 W/m.问探温材料层厚厦应为多少? 报据给出的几何尺寸特到：管内径g =85mm=a.O&5inv 管外twi tW3<52.31,d2 1, d3?Ln1 Ln -2TTATTA dl 22 d2tw3=40°C时

10、，保温层厚度最小，此时 ，180-401 ' 0?1.In 1 In解得，5 > 0.072m所以保温材料的厚度为 72mm.<52.31 1 (0.1 + 25)2 JI >40 n 0. OS0852 x 0.12-24. 一铝制等截面直肋，肋高为 25mm,肋厚为3mm,铝材的导热系数为 X =140W/（m-K ），周围 空气与肋表面的表面传 热系数为h=75w/（%2 k）.已知肋基温度为 80°C和空气温度为30°C,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（2-3

11、5）、（ 2-36）、 （2-37）求解。m =产 5+ 0.003 X?1&9 川A al v 140x0.003x1,(1)肋片内的温度分布0 / q c7zm(Z-x) cA(mZ)=(80 - 30) c 力18.9x(0.025 乂)c7z(18.9x 0.025)温度分布为 ° 于 44 96 x c/z0.4725 18.9%)（2） 肋片的散热量 =y/hU AAL 0oth(ml) =y/75x( L +0.003 )x2x 140x LxO. 003 3oth( ml) “75x2x140x0.003 L( 80 30 )th(l & .9x0.0

12、25) 396.9Lth(0.4725)从附录 13 得， th(ml)=th(0.4725)=0.44 396.9x0.44=174.6L(W)单位宽度的肋片散热量q 厶二 / 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 o =hAAt=h2(Lxl)0。=75 x 2 x 0.025(80-30) x L 八o=187.5K ： )W2、从教材图2-17查肋片效率/、 2/、7/2产空"35讨一注一=0.4和(几 /丿八140 x 0.003 x 0.025 )5=0.93、每片肋片的散热量二严 / = 187.5Lx0.9 = 168.8

13、L(W)单位宽度上的肋片散热量为§厶=168.8(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 2? K);钢材料肋片，其导热系数为40W/(m . K),对流 换热系数h=125W/(m 2 ? K),解：hU Ta(1)铝材料肋片=19.54m- 12(1 + 0.003 )140x1x0.003ml =19.54x0.016=0.3127 th(ml)=th(0.3127) = 0.3004th( ml) 0.3004=96.1%ri f = 7 ml 0.31

14、27钢材料肋片hUAA125x2( 1 + 0.003 丿40x1x0.003=45.91m- 1ml = 45.91x0.016=0.7344th(ml)=th(0.734) = 0.6255=85.2%th( ml0.6255®)0.7344ml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X=0.815W/(m.k),c=0.839kJ/(kg.k),p=1500kg/m3,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/ (mK),试求6h后平壁中心及表面的温度。教

15、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：0(X,T)&0 幺 0” + 血 0 “ COSO,1、例3-1中以计算岀平壁的 Fo=0.22,的项。即(Xsr cosQn* e n k & )Bi=2.5o因为Fo>0.2,书中只计算了第一项，而忽略了后面0-X-I-)QPi&o 角 + sin Bi cos 角cos Pl 匚 PFob)|>现在保留前面二项，即忽略第二项以后的项kI(x, 6h) + II(x, 6h),其中&ocos fl J-PiFo3、以下计算第二项"(x, 6h )(xco

16、s 02根据 Bi=2.5 查表 3-1,02 ='7262, sin 角二-0.5519 ; cos 3.7262 二-0.8339a)平壁中心x=0P2F02x(-0.5519)J、 W" 7-3.72622X0.22Ilf Om. 6h) = p3.7262 + (-0.5519 )x(-0.8239 rll(0tn,6h) = -0.0124从例3-i中知第一项I(0m,6h) = 0.9 ,所以忽略第二项时“和”的相对误差为:II(0m,6h)-0.0124 二 二1.4%I(0m, 6h) + II(0m f 6h)0.9+(-0.0124)0(O,6h ) =

17、0 °1(0,6h) + II(0,6h) A(18-8 )x ()= 8.88 C t(0m, 6h)0(0 加，6h) + tf = 8.88 + 8 = 16.88( 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。丿从例3-i中知第一项1(0.5m, 6h) = 0.38 ,所以忽略第二项时“和”的相对误差为11( 0.5m, 6h)0.01a 心 3.7262r-0-出78239翻叫？皿II(0.5m,6h) = 0.01- 2 6%I(0.5m, 6h) + II(0.5m, 6h )0.38

18、+0.01'0(O.5m,6h )- $ l(0.5m,6h) + ll(0.5m,6h)F( 18-8 )x ( 0.38 + 0.01) = 3.9 Ct(0.5m, 6h ) = 0( 0.5m, 6h) + tf 八3.9 + 8八 11.9( 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。hi=60w/m 2Aktfi=25 C h2 = 300w/m2 kS =215 C当平壁中具有均匀内热源久 =2xlO'W /m 布。(提示：取 A x=0. 06m)试计算沿平壁厚度的稳态温度

19、分tfl = 25 Ctihj = 60w/m 2 k11 z1/1!V11C11zl/ 11/I1zl/J15rk i/ k r=215 °CJ 6 >? 1"11/11/11 ;1111J 1 / 1zl /I1111/ ；/z k11/1/1/h2 = 300 w/m2*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Ax=0.06m,可以将厚度分成五等份。共用六个节点t2 t3 t4 t5 ( 6将平板划 分成六个单元体(图中用阴影线标岀了节点 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

20、，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 源发岀的热流量=0。即冋人仏+2心1= 0节点2：从左、右两侧通过导热导入的热流量 +单元体内热源发岀的热流量 =0。2xAx+ 2xAx+ ( AxAX -0 AX AX V 丿”节点3：从左、右两侧通过导热导入的热流量 +单元体内热源发岀的热流量 =0。2xAx +2xAx + (AxAX ) g -0AXAX v 7 v节点4：从左、右两侧通过导热导入的热流量 +单元体内热源发岀的热流量 =0。2xAxA a- + 2xAxAA- +(AxAX ) a =0 AX AX、丿”节点5：从左、右两侧通过导热导入的热流量 +单元体

21、内热源发岀的热流量 =0。2x4 皤 + 加心詈 + (AxAX ) ?"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+单元体内热源发岀的热流量=0。即(aA2Af2 -+6 +qv=0'7 Ax I 2 丿将 a = 36.4 w/m* k hj =60w/m 2八丘 tf25 C h2 = 300yv/m2 q =215 C q v = 2x10 W /m 和Ax=0 06m 代入上述六个节点并化简得线性方程组tj 0.91t2 11.25 0 ； tj+t3 2t2 +19.78 0 ；乞 2 + 2 +19.78 0 ；心 + 力 5 +19.78 0t4

22、 16 2t5 +19.780 ； t5 1.49t& + 8.410逐步代入并移相化简得：-二 0.91t2+11.25, t2 二 0.9174t3+28.4679,t3 二 0.9237t4+44.5667, t4 二 0.9291t5+59.785,t5 = 0.933&6+74.297, t 6 a 0.6453t6+129.096则方程组的解为：t1 二 417.1895, t2 二 446.087, t3 二 455.22t4 =444.575, t5 =414.1535, t6 =363.95若将方程组丽写成：tj 0.91t2 +11.25 , t2 一 t+

23、 Zj + 19.78) , 13 一 (/? + a +19.78) , 2 214 = 一 ( + ( 5 +19.78 ) , t5 一( / 彳 + +79.78) , = 0? 691t5 +77.757 2 2可用迭代法求解，结果如下表所示迭代次数节点1tl节点2t2节点3力3节点4h节点5t5节点6h0200.000300. 000300. 000300. 000300. 000200. 0001284.250260.000310.000310.000260. 000278.4782247. 85307. 125294. 89294. 89304. 129257. 4173290

24、. 734310. 898308. 898309.400286. 044281.2504294. 167309.706320. 039307. 361305.215269.1425293.082316. 993318.401322.517298. 142281.9766299.714315.635329. 645318.162312.137277. 2447298.478324. 570326.789330.781307. 593286.6088306.609322.524337. 566327. 081318.585283.5679304.747331.978334. 693337. 966

25、315.214290.28510313. 350329. 61344. 862334. 844324. 016288. 667*从迭代的情况看，各节点的温度上升较慢，不能很快得岀有效的解。可见本题用迭代法求解不好。=0.9529t2 +3.534 ； t2 (卄4.945)2+ /“ +.945 ； 14 一( + +4? 945)2tn =0.8018%+44.6054同理求得的解为：-=402.9256, t2 二 419.13, t3 二 430.403, t4 二 436.746, t5 二 438.135,亡 6 =434.6, t?= 426.124 ; A412.706, tg

26、= 394.346 ；如=371.05,tn 二 342.11*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 ( Ax=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：t 0.9759t2 +1?026 ； t2 (/ 了 + +7.2363)+ 7? 2363)213 = 一(5 + + 7? 2363) ； t4 = 一( +2 2y =( +7? 2363) ; t& = ( 丫 7 + $ +7.2363) 2 2b 3仏 + 5 +% = y" +'f * A236

27、5)hi =尹皿 +t12+L2363yt 120 =_( 9 +12 +1.2363 ) ;12 = 0 ? 89t 20 + 24.2053 2移相化简为：t1 二 0.9759t2 +1.026, 12 二 0.9765七3 +2.2091t3 0.977t4+3.3663, t4 0.9775t5+4.499t5 二 0.978t4+5.6091, t6 二 0.9785t7+6.698,t7 A 0.9789t8+7.767, t8 A0.9793t9+8.8173t9 A0.9797t1o+9.8497,110 A0.9801tn+10.8654tn A0.9805t2+11.86

28、56, t2t 13 0.9813t14+13.8234, t 15A0.9819t 16+16.0016, t17A0.9825t 18+17.8504, t19a 0.9831t20+19.6512,0.9809t13+12.8512t14 A0.9816t15+15.0597t16 =0.9822 切 +16.9314t18 A0.9828t19+18.7529t 20 A0.9834t21 +20.8875t21 = 0.89t2o+24.2053=0.89(0.9834t 21 +20.8875) + 24.2053求得的解为：匚二 40I.6 C, t2 二 410.5 °

29、;, t3 二 418.1 °C, t4 二 424.5 °Ct5 二 429.7 °, t6 二 433.6 °, t?二 436.3 °, 二 437.8 °t9 八438.0 C,切=437.0。（2,切=434.8。（2,如=431.4 弋-3 二 426.7 ° ti4 = 420.7 C,ti5 二 413.3 °,切二 404.6QCti7 394.7 C , ti8 383.5 C , ti9 371.2 C , t20 357.6 C , t2i_ = 342.4 C方法二：分析法（参看教材第一章

30、第四节）微分方程式为：一 +A0（i）边界条dx="曾（珀-q） $dxdt由（i）式积分得dxx +C再积分得t = - x2 +cx+d22dtdx x=OX 3 时，t6 坐 /+c5+d ;空22dx代入边界条件 （2）、 （ 3）式，并整理得+ 财 / h?+q v62 /（22）5 + 2 / h2 + 几 / h f+#将冋 h2 tfi t# 8 qv 2 的值分别代入式得 c=6i9.89 C/m > d=40i.07 C、g值代入式得t = 2747.25/ + 6i9.89x+40i.07的节点对应的坐标分别为 X7 = 0m、X, = 0.06m、X3

31、0.12 m, X4 0.18 , X5 0.24 m、X6 - 0.3 m=相应的温度分别为t =401.FC、t2 = 42&4 °、t3 =435.9 C、t4 5=391.6 °、t6 = 339.8 CX(m)00.060.120.180.240.3分析法401.1428.4435.9423.6391.6339.8数值法Axm0.06417.2446.1455.2444.6414.2364.00.03402.9430.4438.1426.1394.3342.10.015401.6429.7438.0426.7394.7342.2不同方法计算温度的结果比较【

32、°】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M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°C,速度为 u=0.9m/so解：1、以干空气为例平均温度为60° C,查附录2干空气的热物性参数v =18.97 X 10' 6m2/s=1.897 X 10'5m2/s,Pr=0.696离前缘150mm处Re

33、数应该为Re小于临街Re,c(5x1。5),流动处在层流状0翻71x50-莎Rex -=5.0Rex1/-23 = 5AAA=AxA/Re八=5 x (A/7116.5=)x0.153 = 0.00889(m) = 8.9mm所以，热边界层厚度：=0.01(m)=10mmQ = 5 Pr1/3 =0.0089 XO.693T32、 以水为例平均温度为60° C,查附录3饱和水的热物性参数v=4.78X10' 7m2/sPr=2.99离前缘150mm处Re数应该为0=9汾85岳恕2富Re小于临街Re,c(5xlO5),流动处在层流状态5=5.0Rex 1/'2X=5 x

34、3 = 5AAA=AxA/R S(=)x 0.15a/2824273 = 0.00141(m) = 1.41mm所以，热边界层厚度：Q =APr1/3 =0.00141x2.99 1/3 = 0.00098(m)=0.98mm5-14已知tf=40 ° tw=20 C, Us=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tm(tw +/) = (20+40 ) = 30( ° ),查附表 3 水的物性为:2 22

35、= 0.618W / m K , v =0.805X10' 6m2/s, Pr=5.42在沿程0.45m处的Re数为仆 u x 0.8x0.45. ”“5Re x = = 4.47 xlO 5v 0.805 x IO -6该值小于临界 Rq=5X io 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2h = 2hx = 0.664x 一 x VRex x vPr x %h = 0.664 X-aaXVRa x VA42 = 0.72"x=O.lm 时°x°=99400v 0.805 x IOh = 0.72AA = o 72 -994

36、00 = 22?Q(W/m2K)x 0.1局部换热系数hx =1135 ( W /m2 -K)x=0.2m 时v0.805 x IO6h = 0.72aa =0.72J1987502.,X=1604.9 (W/m2K)02hx =802.5( W/m2 -K)3)U xx=0.3m 时Rex =乂 :=2.9814x10 5v 0.805 x IO6Re x =°x°= 1.9875 x 105h = 0.72 逓虫=0.72A/298140 = 1310.403(W/m 2K)hx =655.2( W/m2-K)x=0.45m 时Re%uAx0.8x 0.45=4.472

37、 xlO 50.805 x IO6h = 0.72 逓口X=0.72 A/4472002=1070.1( W/m 2-K) 0.45hx =535.1(W/m 2-K)2°o Ij空沁臟趣玄00. 10.20. 30. 10. 5第八早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80C冷却水进岀口温度分别为28°C和34°C,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=4&94(?冷(80 _M'-M"28 卜(80 _ 34)ln(80-加(AT /广

38、)28/80-34)却水的平均温度为/二? -加=80-4&94=31.06( °C)由附录3查物性，水在tf及tw下的物性参数为：tf=31 C 时，xf=0.6207 W/(m-K), v f=7.904 X 10' 7m2/s,Prf=5.31, Hf=7.8668X10' 4Ns/m2tw=80°C 时，nw=3.551X10'4Ns/m2o 所以“ d X Um 0.0126X1.8“ ccccRe / =二-=28700 > 10000Vf 7.904x1 O'7水在管内的流动为紊流。用Dittus-Boelter公

39、式，液体被加热Nuf A0.023 Re0 8 Pr 4Nu. =0.023 x28700 8 x5.37 以=165.2仝=165.2x0.6207h Nu f d用 Siede-Tate 公式=813&l(W/n?.K )0.0126Nuf =0.027 Re0'8 Pr1/3rANUfM7.28700-Aa"4仝=194x0.6207 = 9554.7（W/n?.K ）d 0.01266-21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 °C，水流速0.5m/s，试

40、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：查附录玄进口处 47° C水的密度为p'A989.22kg/m3质量流量为加y =p'V=p'u m7i:r2mf =989.33 x 0.5 x 3.14 x 0.0082 - 0.0994kg/s不考虑热损失，电能全部转化为热能被水吸收UI-47 +U|AmfCp(tf -t'f )5x911.10.0994 c卩水的cp随温度变化不大，近似取50入±时的值2.51(74k°qK)计算t “， UI5x911.1ff 5二47f f mcp0.0994 x 4

41、.174 xlO3常热流边界，水的平均温度二 58°C查附录3饱和水物性表得Vz =0.537x10%加 2/s,=65.1x10-29(加？ K)Cp = 4.175KJ / (Kg K Pr f =3A0, p = 9S6.9Kg / mRefUmd 0.5x0.016 1.4898x10 4丁 -0.537x10"采用迪图斯-贝尔特公式Nuf =0.023 Re 0 8 Pr ° 4Nuf =0.023(1.4898 xlO4 ) 0- 83.40' 4 =81.812 ? K) d 0.016仏=NUf = 81.81x°,651 = 3

42、328.6W / (m壁面常热流时，At =管壁温度和水的温度都随管长发生变化，平均温差UIhA hArdl= 1O.9 (°05x911.13328.6 x 3.14 x 0.016 x 2.56-35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 C,壁温s stw=25.2 °,管间距一 1.25 , d = 19 mm,求水的表面传热系数。d d解：由表6-3得知叉排5排时管排修正系数 &=0.92查附录3得知，tf=20.2 C时，水的物性参数如下：Xf = 0.599W/(m-K), v f=1.006X 10&#

43、39; 6m2/s, Prf=7.02,而 tw=25.2 C 时，Prw=6.22。所以c Um x d 4.87x0.019_.-心Re f 二 二=91978<2xl05Vf 10.06x1 O'7查表6-2 (管束平均表面传热系数准则关联式)得：(7 02W ".35 灿 978 珂后 J皿5Nuf x2f d_0.019669,4w/(m2*K)例6-6空气横掠叉排管束，管外经d = 25mm,管长=1.5m，每排有20根管子，共有5 排,管间距 为Si=50mm、管排距为 S2 = 37mmo已知管壁温度为 tw=110°C,空气进口温度为 =15

44、 °C，求 空气与壁面间的对流换热系数。25° C,则流体的平均温度解：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岀口温度就被确定了。目前不 空气的岀口温度，可以采用假设试算的方法。先假定岀口温度为=20° C15 + 25f -查物性参数九=0.0259W/(m ? K);15.06 x 10K)6; c p 二 1005J/(kg -空气的最大体积流量为T “J 严十=5000x丄o空气在最小流通截面积當"何/山Fniin=(S 卜 d)lN=(0.05 - 0.025 )x1.5 x 20=0.75处达到最大速度m2maxRerV&

45、quot;U maxd _ v 15.06x106 A 3353表6-3 z = 5排时，修正系数g =0.92Sj _ 50可37.5 二 1.33 <2表6-2(g 丫 ?Niif=0.31Re f6j QNuf = 0.31 x 3353 "°x 1.3302 x 0.92=39.37 对流换热系数壮沁/.37X0 “5M79W/阡.K) d0.025 L V 丿这样大的对流换热系数应该是空气岀口温度达到/ ； ihA( tw-tf = me p(巧 i-/ ；),力加忆J)(7TdN辿w-tf)Vi V+?1f+mepPoVoCp* 40.79 x(3.14

46、x 0.025 x 1.5 x 20 x5)(110 20)n +1.293x5000/3600x1005=15+24 = 39 °计算的岀口温度与初步设定的值 =25 C有差异。 再设岀口温度为/； i二39° C,重复上叙计算过程。查物性参数A=0.0265W/(m K); v = 15.72x10; Cp = 1005J/(kg - K)空气的最大体积流量为T> T> T; 5000 273+393 ,Vmax =V0 X 丄二 X = 1.587m / smax 0 To 3600273最大速度V"煨 62maxu maxRerv 15.72x

47、10 6 =3365表6-2f s y-2Niif=0.31Re f6 丄jj QA2 JL V丿Nu. = 0.31 x 33650 6 x 1.3302 x 0.92=39.46 对流换热系数 加沁=39.46x0.0265 =心w / (m2 ? K) d 0.025hA( tw-tf) = mcp(巧厂耳)*一少代如一，PoVoCpVi f+?lf+mcp5J，41.82 x( 3.74 x 0.025 x 1.5 x 20 x5)(110 - 27)+1.293x5000/3600x1005t"fx A15+22.7 A37.7 C这个值与假定值很接近，所以出口温度就是37.7°,对流换热系数为h=41.82W /( ？ . K)第七章7-3水平冷凝器内，干饱和水蒸气绝对压强为1.99X10 5Pa,管外径16mm,长为2.5m,已知第一排 每根管的换热量为 3.05X 10 “J/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二 hAAt= hA (t w -ts) 由课本附录查得，压强1.99x1 Q5Pa对应的饱和温度ts= 120 C、潜热 r= 2202.3kJ kg。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 tw=100