《工程傳熱學(xué) (許國良 王曉墨 鄔田華 陳維漢 著) 中國電力出版社 課后答案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工程傳熱學(xué) (許國良 王曉墨 鄔田華 陳維漢 著) 中國電力出版社 課后答案（38頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第一章作業(yè)1-1 對于附圖所示的兩種水平夾層，試分析冷、熱表面間熱量交換的方式有何不同？如果要通過實驗來測定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用哪一種布置？解：（a）中熱量交換的方式主要有熱傳導(dǎo)和熱輻射。（b）熱量交換的方式主要有熱傳導(dǎo)，自然對流和熱輻射。所以如果要通過實驗來測定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用（a）布置。1-7 一爐子的爐墻厚 13cm，總面積為 20m2，平均導(dǎo)熱系數(shù)為 1.04w/mk，內(nèi)外壁溫分別是520及 50。試計算通過爐墻的熱損失。如果所燃用的煤的發(fā)熱量是 2.09104kJ/kg，問每天因熱損失要用掉多少千克煤？解：根據(jù)傅利葉公式Q = At=1.04 20 (520 50

2、)=75.2kw0.13每天用煤24 3600 75.24=310.9kg / d2.09101-9 在一次測定空氣橫向流過單根圓管的對流換熱實驗中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度 tw=69，空氣溫度 tf=20，管子外徑 d=14mm，加熱段長 80mm，輸 換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)多大？入加熱段的功率 8.5w，如果全部熱量通過對流換熱傳給空氣，試問此時的對流解：根據(jù)牛頓冷卻公式Q8.52 =At=3.14 0.014 0.08 (69 20)=49.3w / m c1-14 宇宙空間可近似的看作 0K 的真空空間。一航天器在太空中飛行，其外表面平均溫度為 250K，表面發(fā)射率為 0.7，試計算航天

3、器單位表面上的換熱量？解：航天器單位表面上的換熱量Q=4T T484wm2=1.0(1tw32) =0.7 5.67 10 (250) = 155/1-27 附圖所示的空腔由兩個平行黑體表面組成，孔腔內(nèi)抽成真空，且空腔的厚度遠小于其高度與寬度。其余已知條件如圖。表面2 是厚=0.1m 的平板的一側(cè)面，其另一側(cè)表面 3 被高溫流體加熱，平板的平均導(dǎo)熱系數(shù)=17.5w/mK，試問在穩(wěn)態(tài)工況下表面 3 的 tw3溫度為多少？tw1=27tw2=127解：表面 1 到表面 2 的輻射換熱量=表面 2 到表面 3的導(dǎo)熱量44tw3 tw2(T T1) = 0244 )(TT5.670.1tw3= tw2

4、+021= 127 + (44 34) =17.5132.7c第二章作業(yè)2-4 一烘箱的爐門由兩種保溫材料 A 和 B 做成，且A=2B(見附圖)。已知A=0.1w/mK，B=0.06 w/mK。烘箱內(nèi)空氣溫度tf1=400，內(nèi)壁面的總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h1=50 w/m2K。為安全起見，希望烘箱爐門的外表面溫度不得高于50。設(shè)可把爐門導(dǎo)熱作為一維導(dǎo)熱問題處理，試決定所需保溫材料的厚度。環(huán)境溫度ABtf2=25，外表面總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h2=9.5 w/m2K。解：按熱平衡關(guān)系，有：tf1 tw= )2(ttwf 2h1h2tf21A+ABBtf1tw1400502B=9.5(50 25)+B500

5、.10.06由此得，B=0.0396mA=2B=0.0792 m 2-8 在如圖所示的平板導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置中，試件厚度 遠小于直徑 d。由于安裝制造不好，試件與冷、熱表面之間存在著一厚度為 =0.1mm 的空氣隙。設(shè)熱表面溫度 t1=180，冷表面溫度 t2=30，空氣隙的導(dǎo)熱系數(shù)可分別按 t1、t2查取。試計算空氣隙的存在給導(dǎo)熱系數(shù)的測定帶來的誤差。通過空氣隙的輻射換熱可以忽略不計。(=58.2w d=120mm)解：不考慮空氣隙時側(cè)得的導(dǎo)熱系數(shù)記為0，則t1d2t20=At=415058.2=0.02915已知空氣隙的平均厚度1、2均為 0.1mm，并設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)分別為1、2，則試件實際的導(dǎo)

6、熱系數(shù)應(yīng)滿足：+1+1=At0所以12=1+10121+10.0001+0.0001 0.02646 + 0.037450=12=0.003780.00267=21.92即00.029150.02915%2-11 一根直徑為 3mm 的銅導(dǎo)線，每米長的電阻為 2.2210-3。導(dǎo)線外包有 1mm、導(dǎo)熱系數(shù) 0.15w/m.k 的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為 65，最低溫度 0，試確定這種條件下導(dǎo)線中允許通過的最大電流。解：最大允許通過電流發(fā)生在絕緣層表面溫度為 65，最低溫度 0的情形。此時每米導(dǎo)線的導(dǎo)熱量：Ql= 2lnt=d2d3.14 0.1565ln53=/119.9Wm最大允許通過

7、電流滿足所以Im=232.4 A1Im2R=119.92-14 一直徑為 30mm、壁溫為 100的管子向溫度為 20的環(huán)境散熱，熱損失率為 100W/m。為把熱損失減小到 50W/m，有兩種材料可以同時被利用。材料 A 的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.5 w/mK，可利用度為 3.1410-3m3/m；材料 B 的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.1 w/mK，可利用度為 4.010-3m3/m。試分析如何敷設(shè)這兩種材料才能達到上要求。假 設(shè)敷設(shè)這兩種材料后，外表面與環(huán)境間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與原來一樣。解：對表面的換熱系數(shù)應(yīng)滿足下列熱平衡式： (100 =20) 3.14 0.03100由此得=13.27 w/m2KV =每米

8、長管道上絕熱層每層的體積為4(di+122 di)。當(dāng) B 在內(nèi)， A 在外時， B與 A 材料的外徑為 d2、d3可分別由上式得出。3d2=VV0.785+2=d141020.785+0.0332=0.0774md3=0.785d+=3.14100.785+0.07742=0.12此時每米長度上的散熱量為：Q10020ml=ln(77.4)30+ln(100)77.4+1=43.76.28 0.16.28 0.513.27 3.14 0.1W/m當(dāng) A 在內(nèi)，B 在外時，A 與 B 材料的外徑為 d2、d3可分別由上式得出。3d2=V0.785d2+1=3.141030.785+0.032=

9、0.07md3=V0.785+ d2=24100.785+0.072=0.1m此時每米長度上的散熱量為：Q10020l=ln(70)30+ln(100)70+1=74.26.28 0.56.28 0.113.27 3.14 0.1W/m絕熱性能好的材料 B 在內(nèi)才能實現(xiàn)要求。2-35：一具有內(nèi)熱源 ，外徑為 r0 的實心長圓柱，向周圍溫度為 t的環(huán)境散熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h，試列出圓柱體中穩(wěn)態(tài)溫度場的微分方程式和邊界條件，并對 = 常數(shù)的情形進行求解。解：溫度場滿足的微分方程為：drdt+ r =dr()dr(r )0 dt= h(t )邊界條件為：r=0，dt/dr=0；r= r0，dr2t

10、 = cln r r+c當(dāng) = 常數(shù)時，積分兩次得：由 r=0，dt/dr=0；得 c1=0；142dtc=r0+r02+ t由 r= r0，dr= h(t )得22h4 t = r2+r02+r0+ t因此，溫度場為242h2-46 過熱蒸汽在外徑為 127mm 的鋼管內(nèi)流過，測蒸汽溫度套管的布置如圖所式。已知套管外徑 d=15mm，厚度=0.9mm，導(dǎo)熱系數(shù)=49.1w/mK。蒸汽與套管間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=105 w/m2K。為使測溫誤差小于蒸汽與鋼管壁溫度差的0.6%，試確定套管應(yīng)有的長度。解：設(shè)蒸汽溫度為 tf，t thhf按題義，應(yīng)使=t tf0.6h=1mH00 0.6%又 mH=

11、5.81P=d，A=d即0ch()，得 ch(mH)=166.7所以mH=hUAH=10549.1 0.9103H=48.75H=5.81H=0.119m2-48 用一柱體模擬燃汽輪機葉片的散熱過程。柱長 9cm，周界為 7.6cm，截面為1.95cm2，柱體的一端被冷卻到 305（見附圖）。815的高溫燃氣吹過該柱體，假設(shè)表面上各處的對流換熱系數(shù)是均勻的，并為 28 w/m2K，柱體導(dǎo)熱系數(shù)=55w/mK，肋端絕熱。試：（1）計算該柱體中間截面上的平均溫度及柱體中的最高溫度。（2）冷卻介質(zhì)所帶走的熱量。解：以一維肋片的導(dǎo)熱問題來處理。mH=hUAH=28 0.07655 1.951040.0

12、9ch(1.268)=1.92=14.09 0.09 = 1.268柱體中的最高溫度為肋端溫度。305 815ch mhh= 0/()266c=1.92= = 266815266549h= th t=266所以 tht=c在x=h/2 處，m(x-h)=-14.090.045=-0.634ch(0.634)1.2092因為 ch(-x)=chx所以x=h2= 0ch(1.268)= 510 1.9196= 321= 321 = 815 321494tht=c2PQ = 0th(mh) =冷卻水帶走的熱量m負號表示熱量由肋尖向肋根傳遞。28 0.07614.09 (510) th(1.268)

13、=65.7w 第三章作業(yè)3-6 一初始溫度為 t0 的固體，被置于室溫為 t的房間中。物體表面的發(fā)射率為，表面與空氣間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h，物體的體積 V，參與換熱的面積 A，比熱容和密度分別為 c 和，物體的內(nèi)熱阻可忽略不計，試列出物體溫度隨時間變化的微分方程式。cVdt+hA(tt)4A (TT4)0d+=解： t(0) = t03-9 一熱電偶的cV/A 之值為 2.094kJ/m2K，初始溫度為 20，后將其置于 320的氣流中。試計算在氣流與熱電偶之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 58 w/m2K 及 116w/m2K 的兩種情形下，熱電偶的時間常數(shù)，并畫出兩種情形下熱電偶讀書的過余溫度隨時間的

14、變化曲線。cV解：時間常數(shù) =hA對 h=58 w/m2K，有 =2.094 103=582.094 103 =36.1s18.1s對 h=116 w/m2K，有1163-23 一截面尺寸為 10cm5cm 的長鋼棒（18-20Cr/8-12Ni），初始溫度為 20，然后長邊的一側(cè)突然被置于 200的氣流中，h=125 w/m2K，而另外三個側(cè)面絕熱。試確定 6min 后長邊的另一側(cè)中點的溫度。鋼棒的、c、可近似的取用20時之值。解：這相當(dāng)于厚為 2=25 cm 的無限大平壁的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。由附錄 5 查得：a =c15.278204601=s4.23 106(m2/)15.2=Biha=1

15、25 0.056=2.45F0=2=4.23103602=0.610.05由圖 3-6 查得m/0=0.85tm=t-0.85(t-t0)=5+0.85(200-20)=473-37 一直徑為 500mm、高為 800mm 的鋼錠，初溫為 30，被送入 1200的爐子中加熱。設(shè)各表面同時受熱，且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h=180 w/m2K，=40 w/mK，a=810-6m2/s。試確定 3h 后鋼錠高 400mm 處的截面上半徑為 0.13m 處的溫度。解：所求之點位于平板的中心截面與無限長圓柱 r=0.13m 的柱面相交處。對平板，Bi =180 0.4=401.8F0=a2=8 10633600

16、2=0.54由圖 3-6 查得m/0=0.660.4對圓柱體，Bi= r=180 0.25=401.125F0=a2=8 10 6336002=1.38r由附錄 2 查得m/0=0.120.25又根據(jù) r/R=0.13/0.25=0.52，1/Bi=0.889由附錄 2 查得/m=0.885則對于圓柱體/0=(m/0)(/m)=0.8850.12=0.1062所以，所求點的無量綱溫度為：/0=(m/0)p(/0)c=0.660.1062=0.0701t=0.07010+1200=-0.07011170+1200=11183-48一初始溫度為25的正方形人造木塊被置于425的環(huán)境中，設(shè)木塊的6個

17、表面均可受到加熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h=6.5W/m2.K，經(jīng)過 4 小時 50 分 24 秒后，木塊局部地區(qū)開始著火。試推算此種材料的著火溫度。已知木塊的邊長0.1m，材料試各向同性的，=0.65 W/m.K，=810kg/m3，c=2550J/kg.K。解：木塊溫度最高處位于角頂，這是三塊無限大平板相交處。Bi =6.5 0.050.65=0.51由圖 3-7 查得s/m=0.8aF0=2=0.65174242=2.19r810 2550 0.05由圖 3-6 查得m/0=0.41s/0=(m/0)(s/m)=0.80.41=0.328角頂處無量綱溫度：（s/0）3=0.0353所以角頂溫度等

18、于 411。第四章作業(yè)4-4試對附圖所示的等截面直肋的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，用數(shù)值方法求解2、3 點的溫度。圖中 t0=85，tf=25，h=30W/m2.K。肋高H=4cm ，縱剖面面積=20W/m.K。解：對于點 2 可以列出：AL=4cm2 ，導(dǎo)熱系數(shù) tt12+ t t32+ hx t t=節(jié)點 2：xt tx2(f2)023+h tt+hxtt=節(jié)點 3：x1(f223)22(f3)0t t+ t+hx(tt=由此得：t12322f2)0tt+hx(tf t+ hxtt=2323)(f23)0t2tt= 1+3+2hxtf /(22+2hx)2tt+htfx + (h x= )t /(1 +

19、h x + h x)32fhx230 0.022=20 0.01t=t+ t+=0.06于是2tt=+321330tf0.020.12tf /(2 + 0.12)30+ (0.06)t /(1 +0.02 + 0.06)解得20f20t txt t4-9 在附圖所示得有內(nèi)熱源的二維導(dǎo)熱區(qū)域中，一個界面絕熱，一個界面等溫（包括節(jié)點4），其余兩個界面與溫度為 tf 的流體對流換熱，h 均勻，內(nèi)熱源強度 ，試列出節(jié)點 1、2、5、6、9、10 的節(jié)點方程。解：y11節(jié)點 1：51y tt12()+2y21xt t32()+xy hy=(t1tf)0242yt t162節(jié)點 2：x t(2x)+ xt

20、 t(2x)+ yt ty x+x=()210t15()+95()+65y+xy hy=節(jié)點 5：節(jié)點 6：yt t26y2x+()yt t76x2y+()x tt106y()x+()2t t56x(t5tf)0yy+ x= 0()t txt11xy59()+t109(y)+xy ( +)(=節(jié)點 9：節(jié)點 10：t tyy2txy2t t41222h t9tf)0910()+t1110()+610x+xy ()(=)0x2x2xh t10tfy 2第五章作業(yè)5-2 對于油、空氣及液態(tài)金屬，分別有Pr1、Pr1、Pr1。試就外掠等溫平板時的層流邊界流動，畫出三種流體邊界層中速度分布與溫度分布的

21、大致圖像。0txTux0txuT(a)Pr15-3流體在兩平行平板間作層流充分發(fā)展的對流換熱（見附圖）。試畫出下列三種情形下充分發(fā)展區(qū)域截面上的流體溫度分布曲線：qw1= qw2qw1= 2qw2qw1= 0（1）qw1= qw2（2）qw1= 2qw2（3）qw1= 0解：5-7 取外掠平板邊界層的流動從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)（Rec）為 5105，試計算 25的空氣、水及 14 號潤滑油達到 Rec 時所需的平板長度，取 u=1m/s。解：25 時三種流體的運動粘性系數(shù)為：水v = 0.9055 10 6m2/s、空氣v= 15.53 106m2/s 、14 號潤滑油 v =L =51

22、05v=313.7 1062/msL =5105v=0.453m7.765m達到臨界所需板長：水L =5105v=156.9mu、空氣u、油uuu+ vu= v2u25-10 試通過對外掠平板的邊界層動量方程式xyy沿 y 方向作積分（從 y=0 到 y）（如附圖所示），導(dǎo)出邊界層動量積分方程。提示：在邊界層外邊界上，v0。解：將動量方程作 y=0 到 y=的積分，得2 uudy + vudy = vu2dyx 0v2u0dyyu0yu（1）2= ()0=()0其中，0yyy（2）vudyuvuydyuvuydy0y= () 00()y= 0()y（3）由連續(xù)性方程，ux= vy，及v= u0

23、xdy，將此代入（3）得：vudy = uu dy+uu()dy0y0x0x（4）將（2）（4）代入（1），得uuu+u= udyu dy0u()dyv()00x0xxy此式可整理為：0= xu(u u)dyw5-25 一常物性的流體同時流過溫度與之不同的兩根直管 1 與 2，且 d1=2d2，流動與換熱均已處于紊流充分發(fā)展區(qū)域。試確定在下列兩種情形下兩管內(nèi)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對大?。海?）流體以同樣流速流過兩管；（2）流體以同樣的質(zhì)量流量流過兩管。解：設(shè)流體是被加熱的，則以式（5-54）有：cp0.40.6(u)0.8Nuf=0.80.40.023 RegPr為基礎(chǔ)來分析時， =0.0230

24、.40.2d對第一種情形，u1=u2，d1=2d2，則0.81u1d0.21d0.820.210.22=u20.80.2d2= (u1)()u2d1= (2)=u =0.874m對第二種情形，m1=m2，d1=2d2，因為0.8m11.8d2則1d1d21.811.82=m20.81.8d2= (m1)0.8()m2d1= (2)=0.287當(dāng)流體被冷卻時，因 Pr 不進入對比的表達式，所以上述各式仍有效。5-38 現(xiàn)代貯存熱能的一種裝置的示意圖如圖所示。一根內(nèi)徑為25mm 的園管被置于一正方形截面的石蠟體中心，熱水流過管內(nèi)使石蠟溶解，從而把熱水的顯熱化為石蠟的潛熱而儲存起來。熱水的入口溫度為

25、 60，流量為 0.15kg/s。石蠟的物性參數(shù)為：熔點為327.4，熔化潛熱 L=244kJ/kg，固體石蠟的密度 s=770kg/m 。假設(shè)圓管表面溫度在加熱過程中一直處于石蠟的熔點，試計算該單元中的石蠟全部熔化熱水需流過多長時間？（b=0.25m，l=3m）解：為求得所需加熱時間，需知道該管子的換熱量，因而需知道出口水溫 t”。設(shè)出口水溫 t”=40，則定性溫度 tf=(t+t”)/2=50查表得物性：=0.648w/mu8451X，=549.410-6kg/msPr=3.54，=988.1kg/m3，Cp=4.17410-3J/kgu8451X。Re =4md=4 0.153.1416

26、 0.025 6=13905所以549.410因為液體被冷卻，由式（5-54）得：Nuf=0.023 (13905)0.8(3.54)0.3=69.34 =Nu=69.34 0.648= 1797(/wm2 c)所以0.025AttmC由熱平衡關(guān)系可得：()fw=p(tt )，代入數(shù)據(jù)，得t”=43.5，此值與假設(shè)值相差太大，故重設(shè) t”=43.5，重新進行上述計算步驟，得 t”=43.3。此值與假設(shè)值 43.5已十分接近?？扇?t”=（43.3+43.5）/2=43.4于是該換熱器的功率為：= )mCp(tt0.15 4175 (6043.4)=10395.8w使石蠟全部熔化所需熱量為：Q=

27、(0.2523-0.02520.7853)770244=3.495107J所以所需加熱時間為 3.495107/10395.8=3362s=56min5-42 溫度為 0的冷空氣以 6m/s 的流速平行的吹過一太陽能集熱器的表面。該表面呈方形，尺寸為 1m1m，其中一個邊與來流方向垂直，如果表面平均溫度為 20，試計算由于對流所散失的熱量。解：定性溫度 tm=(0+20)/2=10，=0.0251w/mu8451X，v=14.1610-6m2/sPr=0.705uLRe =55v4.237 10 4104所以 Nu = 0.0266 (Re)0.805=Nu 295.5 =d=22(w / m

28、2 c)Q=Aht=3.14160.351.752216=677.3W5-54 如附圖所示，一股冷空氣橫向吹過一組圓形截面的直肋。已知：最小截面處的空氣流速為 3.8m/s，氣流速度 tf=35；肋片的平均表面溫度為 65，導(dǎo)熱系數(shù)為 98 w/mu8451X，肋根溫度維持定值；s1/d1=s2/d2=2，d=10mm。為有效的利用金屬，規(guī)定肋片的 mH 不應(yīng)大于 1.5，使計算此時肋片應(yīng)多高？在流動方向上排數(shù)大于 10。采用外掠管束的公式來計算肋束與氣流的對流換熱。定性溫度 tm=(35+65)/2=50,查表得物性參數(shù)為：=0.0283w/mu8451X，v=17.9510-6m2/s則

29、Re=3.80.01/(17.9510-6)=2117由表（5-72）查得 c=0.482，m=0.556，Nu=0.452(2117)0.556=34.05Nu34.05 0.0283 所以 = =d44 0.0196.4=wm2 c96.4(/)因為m =d=98 0.01=19.83所以 h1.5/19.83=0.0756m5-60 假設(shè)把人體簡化成直徑為 30cm，高 1.75m 的等溫豎圓柱，其表面溫度比人體體內(nèi)的正常溫度低 2，試計算該模型位于靜止空氣中時的自然對流散熱量，并與人體每天平均攝入熱量（5440kJ）作比較。圓柱兩端面散熱不予考慮，人體正常體溫按 37計算，環(huán)境溫度為

30、25。解：定性溫度 tm=(35+25)/2=30,查表得物性參數(shù)為：=0.0267w/mu8451X，v=1610-6m2/s，Pr=0.701，=1/（30+273）=1/3033tl9Gr=g=6.77110v2處于過渡區(qū)，Nu=0.0292(GrPr)0.39=173.4=2.646 w/m2u8451Xq = At =43.62w / m2此值與每天的平均攝入熱量相接近，實際上由于人體穿了衣服，自然對流散熱量要小于此值。5-65 一輸送冷空氣的方形截面的管道，水平的穿過一室溫為28的房間，管道外表面平均溫度為 12，截面尺寸為 0.3m0.3m。試計算每米長管道上冷空氣通過外表面的自

31、然對流從房間帶走的熱量。注意：冷面朝上相當(dāng)于熱面朝下，而冷面朝下相當(dāng)于熱面朝上。對均勻壁溫情形，水平板熱面朝上時有：0.54(GrPr)1/4(104 GrPr107)及 Nu=0.15(GrPr)1/3(107 GrPr1011)水平板熱面朝下時有：Nu=0.27(GrPr)1/4(105 GrPr1011)，特征長度為 A/P，其中 A 為表面面積，P 為周長。解：不考慮各平面相交處的相互影響，以 4 個獨立的表面來考慮。定性溫度 tm=(28+12)/2=20,查表得物性參數(shù)為：=0.0259w/mu8451X，v=15.0610-6m2/s，Pr=0.703，tl39.8 (28 31

32、2) 0.1150.7036Gr Pr=g=v262=2.52310(15.06 10)293所以，豎板 Nu1=0.59(GrPr)1/4=0.59(2.523106)1/4=23.51水平板熱面朝上時，Nu3=0.54(GrPr)1/4=0.54(2.523106)1/4=21.52水平板熱面朝下時，Nu4=0.27(GrPr)1/4=0.27(2.523106)1/4=10.76所以0.0259Q = t+=A=(223.5121.5210.76) 0.31 (28 12)85.730.115w/m5-69 一水平封閉夾層，其上、下表面的間距為=14mm，夾層內(nèi)是壓力為 1.013105

33、Pa 的空氣。設(shè)一表面的溫度為 90，另一表面溫度為 30。試計算當(dāng)熱表面在冷表面之上及冷表面之下兩種情形時，通過單位面積夾層的傳熱量。 解：當(dāng)熱面在上，冷面在下時，熱量的傳遞方式僅靠導(dǎo)熱。所以 tm=(90+30)/2=60查表得=0.029w/mu8451X，v=18.9710-6m2/s，Pr=0.696，則q = t=0.029 90300.014=wm124.3/2當(dāng)熱面在下時，GrPr=9.8600.01430.696/(18.9710-6)2333=9371根據(jù)式（5-87），Nu=0.212(GrPr)1/4=0.212(9371)1/4=2.09則=2.090.029/0.0

34、14=4.33 w/m2u8451X，2q = t =4.33 60 = 260w / m260/124.3=2.09第 6 章作業(yè)6-7立式氨冷凝器有外徑為50mm 的鋼管制成。鋼管外表面溫度為25。冷凝溫度為 30，要求每根管子的氨凝結(jié)量為 0.009kg/s，試確定每根管子的長度。解：設(shè) tw=25 ，tm=(25+30)/2=27.5 ，r=1145.8 103J/kg，l=600.2，l=2.1110-4kg/m.s，=0.5105w/mu8451X，由At=Gr，得 L=(Gr)/(dt)設(shè)流動為層流，則2 31grllL1/ 4h =1.13 L(t tlsw)4=5370.3代

35、入 L 的計算式，得 L=3.293m則 h=3986.6W/m2.KRe=10861600，故確為層流。6-12 壓力為 1.013105Pa 的飽和水蒸氣，用水平放置的壁溫為 90的銅管來凝結(jié)。有下列兩種選擇：用一根直徑為 10cm 的銅管或用 10 根直徑為 1cm 的銅管。試問：（1）這兩種選擇所產(chǎn)生的凝結(jié)水量是否相同？最多可以相差多少？（2）要使凝結(jié)水量的差別最大，小管徑系統(tǒng)應(yīng)如何布置（不考慮容積因素）（3）上述結(jié)論與蒸汽壓力、銅管壁溫是否相關(guān)（保證兩種布置的其它條件相同）11=d1=101=( 1) 4解：由公式（6-4）知， d，其它條件相同時 2又 Q=At，At 相同，所以(

36、2) 4() 4d111.778，（1）小管徑系統(tǒng)的凝結(jié)水量最多可達大管徑情形的 1.778 倍。（2）要達到最大的凝結(jié)水量，小管徑系統(tǒng)應(yīng)布置成每一根管子的凝結(jié)水量不落到其它管子上。（3）上述結(jié)論與蒸汽壓力、銅管壁溫?zé)o關(guān)。 6-28 一直徑為 3.5mm、長 100mm 的機械拋光的薄壁不銹鋼管，被置于壓力為 1.013105Pa 的水容器中，水溫已接近飽和溫度。對該不銹鋼管兩端通電以作為加熱表面。試計算當(dāng)加熱功率為 1.9w 和 100w 時，水與鋼管表面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：當(dāng) Q=1.9w 時，q =Qdl=1.93.1416 0.0035 0.1=wm1728/2，這樣低的熱流密度仍處

37、于自然對流換熱階段。設(shè)t=0.6，則 tm=100.8，物性值=0.6832w/m，=0.29310-6m2/s，Pr=1.743，=7.5410-4,Gr Pr =9.8 7.5410421.6 0.0035123=1.743102920.29310根據(jù)表（5-12）Nu=0.53(GrPr)1/4，=0.530.6832t（10292）1/4/0.0035=1042 w/ m2u8451Xq=t=104216=1667w/m2,與 1728 差 3.5%，在自然對流工況下，在物性基本不變時，0.8t (q)，正確的溫度值可按下列估算得到，t=1.6u65288X1728/1667）0.8=

38、1.647，1而 (t) 4，所以=1042u65288X1.647/1.6）0.25=1050 w/ m2u8451X當(dāng) Q=100w 時，q =Qdl=1003.1416 0.0035 0.1=wm90946/2，這時已進入核態(tài)沸騰區(qū)，采用式（6-17）得：422tq4132257 101.75=0.0132639.8588.610(958.4 0.594)3282.5 10 225710得 1.068410-3t=2.1710-4q0.33，即 q0.671.068410-3=2.1710-4u65288Xq/t），所以=10338 w/ m2u8451X6-33 試計算當(dāng)水在月球上并在1.013105Pa 及 10105Pa 下做大容器飽和沸騰時，核態(tài)沸騰的最大熱流密度（月球的重力加速度為地球的 1/6）比地球上的相應(yīng)數(shù)值小多少？1q (g) 4解：由式（6-20），