传热学例题

传热学习题思考分析题1、试比较下列不同情况下管内对流换热系数的大小（假设其他条件相同，请用﹑=或表示）（1）层流_____紊流（2）水_____空气（3）直管_____弯管（4）光滑管_____粗糙管（5）层流入口段____层流充分发展段2、写出格拉晓夫准则（Gr数）的表达式及物理意义表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小。32vgtLGr3、两块厚度相同的无限大平壁，分别由金属铜和木头制成。若保持其两侧表面温度对应相等，那么，在常物性、稳态导热的情况下两平壁内的温度分布是否相同？为什么？相同。因为对于常物性、无内热源的无限大平壁的稳态导热，第一类边界条件下其温度分布（如下式）仅取决于边界温度，而与材料的导热系数无关。1214．非稳态导热物体可以用集总参数法分析的条件是什么？导热物体内部导热热阻忽略不计，即任一时刻物体内温度相同。实用判别条件为：或（M是与物体几何形状有关的无量纲数）。0.1Bi0.1vBiM5、在气温为10ºC的房间内用细绳吊一段直径均匀的圆柱冰块，过一段时间后，冰块的形状会发生哪些变化？冰块会在绳上完全融化吗？由题意知，该冰柱的融化过程相当于竖圆柱的自然对流换热。根据竖壁自然对流换热的机理，由于冰柱壁面温度低于周围空气温度，故流体贴壁向下流动，边界层上部薄而下部厚。局部对流换热系数上部较大而下部较小，因此，虽然冰柱整个会慢慢融化，但是上部融化较快，其形状会变得上部细、下部粗，不等在绳上全部融化完就会掉在地上。6、写出基尔霍夫定律的数学表达式，说明其含义及适用条件。（1），物体辐射力与它对黑体辐射的吸收比之比等于同温下黑体的辐射力，适用条件：系统处于热平衡；（2），物体对黑体辐射的吸收比等于同温下该物体的发射率。（表明善于吸收的物体必善于发射，反之亦然。）适用条件：实际物体与黑体投射辐射处于热平衡，或者为灰体。()()()ibiETETT()()TT7、冬天，在相同的室外温度条件下，为什么骑摩托车比步行时感到更冷些，一般要戴皮手套和护膝？因为强制对流换热强度与流体壁面之间的相对速度有关，相对速度越大，对流换热越强。与步行相比，骑摩托车时相对速度较大，对流换热强度大些，因此人体会散失较多的热量从而感到更冷些。皮手套和护膝，由于透气性差、导热系数小，增加了传热热阻，降低了散热量，从而起到保暖作用。8、灰体表面的有效辐射和本身辐射哪一个大些？灰体表面的有效辐射大些。，因，则。(1)JEGEG1,0GJE9、用温度计测量管内高温空气的温度。温度计示数为ts，管内壁温度为tw，而空气实际温度为tf，则ts、tw、tf三者的相对大小如何？（按twtf及twtf两种情况说明。）若twtf，则twtstf，即测的温度偏高；若twtf，则twtstf，即测的温度偏低。（原因：考虑到管壁对温度计的辐射传热。）10、绿色住宅的一种节能方式（夏天少用空调、冬天少用暖气）就是在其房屋前栽种几棵大型落叶乔木，试从传热学角度说明大树的作用。夏天室内热负荷主要来自太阳辐射，如房屋前栽种几棵大树，枝叶繁茂会遮挡阳光，使房屋处于树荫下，可以凉快些，从而减少使用空调。到了冬天，树叶落光，太阳光线可直射到房屋上，因而又可推迟使用暖气时间或少用暖气。这样便可达到节能的目的。11、利用肋化换热器来实现水与空气间的换热，若要强化传热，应将肋片加在空气侧还是水侧？为什么？为强化传热，应将肋片加在空气侧。原因：与水侧相比，空气侧对流换热系数较小、热阻较大，加肋片后可显著降低传热热阻，提高传热量。计算题1、有一输送液化天然气的长管道，管内液化天然气的温度为-125ºC。管道外直径为89mm，其外敷设导热系数为0.05W/(m.ºC)、厚度为100mm的保温层。环境气温为25ºC，管外空气与保温层之间的对流换热系数为12W/(m2.ºC)。试计算单位管长的热损失。假设管外壁温与管内流体温度相同。125owofittC890.089odmmm'28910022890.289ooddmmmmm'''25(125)39.1/1128911lnln123.140.28923.140.05892fowoloooottWmdhdd解：本题为通过圆筒壁及保温层的传热问题。由题意知：管道外壁壁温：管道外径：保温层外径：则单位管长的传热量（热损失）传热方向是由外部空气向管内流体。2、有一套管式换热器利用热水加热原油。热水进出口温度分别为95ºC和50ºC，热水流量为0.8kg/s，比热为4.2kJ/(kg.ºC)；原油的进口温度为30ºC，加热后变为60ºC，原油比热为2.5kJ/(kg.ºC)。忽略换热器的热损失，问：（1）该换热器是逆流还是顺流？（2）换热器的对数平均温差是多少？（3）原油流量是多少？（4）油水之间的换热量是多少？解：（1）由题意知道，由于原油出口温度大于热水出口温度，则判断为逆流。（2）换热器端差：，则对数平均温差：（3）忽略换热器的热损失，根据热量平衡方程得到''''''112295,50,30,60ooootCtCtCtC'''112956035ottC'''212503020ottCmaxmin12max12min352026.835lnlnln20omtC''''''11112222'''11112'''222()()()0.84.2(9550)2.016/()2.5(6030)mpmpmpmpqcttqcttqcttqkgsctt（4）油水间的换热量为：'''1111()0.84.2(9550)151.2mpqcttkW3、冷却水以2m/s的流速在内径为D=25mm的直铜管内流动，其进口温度为20C，铜管内壁温度为95C，试求水被加热到60C时所需的管长。TCkg/m3cpkJ/(kg.C)102,W/(m.C)106kg/(m.s)106m2/sPr20998.24.182659.51004.21.0067.0230995.74.178461.9801.20.8055.4240992.24.178463.4653.10.6594.3150998.14.182664.8549.20.5593.5460983.24.186865.9469.70.4782.9870977.84.191066.8406.000.4152.5580971.84.195267.5355.000.3652.2190965.34.203568.0314.790.3261.95100958.44.216168.3282.430.2951.75解：这是一个管内强迫对流换热问题。（1）确定定性温度及物性参数：流体平均温度，壁温tw=95C（2）查附录得水的物性参数为：Ctttfff4026020221)./(1784.4/2.9923CkgkJcmkgpff)./(1012.6536smkgf31.4Pr/10659.0)./(634.06fffsmCmW)./(1061.298210)43.28279.314(66smkgw（2）判定流型：为旺盛紊流。选用公式：假设满足，则：4461010587.710659.0025.02RefffDu0.11n0.4m，流体被加热时，fwtt60DL0.80.40.1140.80.40.11fff653.12Nu0.023RePr()0.023(7.58710)(4.31)()360.6298.62fw（3）计算对流传热系数：根据热平衡方程求管长：20.634360.69145/(.)0.025ffhNuWmCD21()mpfffmqctthAt24ffmuDADL其中，1212()()(9520)(9560)52.489520lnln9560wfwfomwfwftttttCtttt所以校核：成立。21()992.220.0254178.4(6020)4.32449143.852.48ffpfffmuDcttLmht4.32600.025LD4．有两块相距甚近且平行放置的大平板，表面温度分别为T1=500K、T2=1000K，表面黑度分别为1=0.85、2=0.95。试计算：（1）两板之间单位面积上的辐射换热量；（2）若在两板之间插入一块两面黑度均为3=0.05的遮热板，此时两板间的辐射换热量又为多少？解：建议画出示意图、辐射热阻图（略）。由题意知，121,2,1AAAX448442121211212112242()5.6710(1000500)1111111110.850.9553156.254.32510/1.229bbbEETTqXWm（1）（2）插入遮热板后，1,21,33,21XXX44212121312123131323232()111211112253156.2553156.251.3210/11240.229120.850.950.05bbbEETTqXXWm5．（本题15分）某种火警报警器的有效部位是一个半径为r的金属球，其熔化温度为ts=500ºC，其密度为=7200kg/m3，比热为c=400J/(kg.ºC)，导热系数为=200W/(m.ºC)。正常状态下金属球的温度为25ºC，当突然受到温度为tf=675ºC的烟气加热后，为保证在20秒内发出警报，问金属球的半径应为多少？设烟气与球表面间的对流换热系数为=25W/(m2.ºC)。若考虑到金属球升温后其辐射散热会增加（四周墙壁温度低于烟气温度），为保证仍在20秒内发出警报，其半径应稍增大些还是应减少些？为什么？解：对于球体，V/A＝r/3。假设成立，可用集总参数法计算。带入数据得，300AsfcVcrftteettrree410208.540072002025367525675500mmmr397.01097.3650175ln10208.5440.1/3vBi验证：成立，假设正确。如果考虑金属球升温后辐射散热增强，那么金属球单位时间内净得的热量会降低，为了保证在20秒内发出警报，金属球半径应该稍减少些。由题意知，有twtstf，则金属球的能量平衡方程为：44(/)253.9710/30.165100.1/3200vVABi44()()fsswVdtttTTcAd