冶金设备学_唐谟堂_冶金设备基础习题-博泰典藏网
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冶金设备学_唐谟堂_冶金设备基础习题
导读：且传热系数、物料比热及设备热损失不变，的对流传热系数9-17入口温度速。℃的空气，在内径di=12mm、壁温tw=200℃的直管内流动，入口处空气的平均流℃时所需的管长。=25m?s-1。试计算出口处空气温度9-18空气在一根内径60mm、长3m的加热管道内流动。在稳态情况下，管道内侧单位表面温度为85℃，试计算对流传热热流量和管道内侧表面的温度。9-19常压下，45℃的空气以1.2m?s-1
的对流传热系数
9-17 入口温度
速。 ℃的空气，在内径di=12mm、壁温tw=200℃的直管内流动，入口处空气的平均流℃时所需的管长。 =25m?s-1。试计算出口处空气温度
9-18 空气在一根内径60mm、长3m的加热管道内流动。在稳态情况下，管道内侧单位表面温度为85℃，试计算对流传热热流量和管道内侧表面的温度。
9-19 常压下，45℃的空气以1.2m?s-1的流速流过内径25mm、长2m的圆管。管壁外侧利用蒸汽冷凝加热使管内壁面维持恒温100℃。试求算管内壁与水之间的平均对流传热系数和热流密度q，并计算出口温度。 9-20 温度tf =30℃的水以1m?s-1的速度在直径为30mm的圆管内流动，管壁温度tw=70℃时水被加热；反之，tf =70℃、tw=30℃时水被冷却。求其它条件不变时，上述两种情况下热流量的比值。
9-21 空气以4m?s-1的速度通过一φ75.5×3.75mm的钢管，管长20m，空气入口温度为32℃，出口为68℃。试计算空气与管壁间的对流传热系数。如空气流速增加一倍，其它条件均不变，对流传热系数又为多少？（设管壁温度为90℃）
9-22 某流体在圆形直管内作强制紊流，已知其对流传热系数
W?m-2?℃-1，试问其流速应增大多少倍？
9-23 一竖直冷却面置于饱和水蒸气中，如将冷却面的高度增加为原来的n倍，其他条件不变，且液膜仍为层流，问凝结传热系数和凝结液量如何变化？
9-24 比热为2.7kJ?kg-1?℃-1、温度为30℃的某料液沿φ80×2.5mm、长为3m的水平钢管中流过，料液流量为1650kg?h-1。管外为压力为294kPa的饱和水蒸汽冷凝。问将料液加热到60℃时，蒸汽对管壁的对流传热系数为多少？
9-25 用一根长1m的水平管凝结1.013×105Pa的饱和蒸汽，管外表面温度为70℃。为了使凝结水量为125kg?h-1，试问管径应为多少？
9-26 水在大容器内沸腾。如果压力保持在p=196.1kPa，加热面温度保持125℃，试计算加热面上的热流密度q。 =520W?m-2?℃-1，今欲使共值提高至740
10-1 什么叫黑体、灰体和白体？它们分别与黑色物体、灰色物体和白色物体有什么区别？
10-2 从减少冷藏车冷量损失出发，试分析冷藏车外壳上的油漆颜色深一点好还是浅一点好？为什么？ 10-3 有人说，物体辐射能力越强，其吸收率也越大，换句话说，善于辐射的物体必善于吸收。你的看法如何？
10-4 将一外径为50mm，长为10mm的氧化钢管敷设在与管径相比很大的车间内，车间内石灰粉刷壁面的温度为27℃，石灰粉刷壁ε=0.91。求钢管的外壁温度为250℃时的辐射热损失。
10-5 两平行的大平板，放置在空气中相距为5mm，其中一平板的黑度为0.1，温度为350K；另一平板的黑度为0.05，温度为300K。若将第一板加涂层，使其黑度变为0.025，试计算由此引起的传热量变化的百分率。假设两板间对流传热可以忽略。
10-6 两块平行放置的无限大灰体平板，温度分别为 T1和T2，表面黑度均为0.9。在二灰体间插入一块薄的金属板，使辐射传热量减为原来的1/20。问此金属板的表面黑度应为多少？
10-7 两个平行放置的无限大平板1和2，表面温度和黑度分别为t1=300℃、t2=100℃和ε1=0.5、ε2=0.8。在板1、2之间插入导热系数很大的板3。当板3的A侧面向板1时板3的平衡温度为279℃，而当板3的B侧面向板1时其平衡温度为139℃。试求板3两侧的黑度。
10-8 一同心长套管，内管的外径d1=50mm，壁温t1=277℃，黑度ε1=0.6；外管的内径d2=300mm，壁温t2=27℃, 黑度ε2=0.3。试求：（1）每米套管内、外壁面间的辐射传热量Q1,2；（2）用直径d3=150mm、黑度ε3=0.2的薄壁铝管作为遮热管插入套管的内、外管之间，试计算遮热管的壁温t3。
10-9 黑度ε1=0.3和ε2=0.8相距很近的两块大平行平板之间进行辐射换热。试问当其间设置ε2=0.04的磨光铝制隔热板后，换热量减少为原有换热量的百分之几？
10-10 烟气流过辐射换热器内管，其直径d=1m，内管黑度ε=0.9，温度t2=700℃,烟气温度t1=1200℃，烟气成分为：CO2=14.5%, H2O=4%,若忽略端头辐射的影响，试计算单位管长上的辐射传热量。
10-11 直径分别为20mm、50mm的长圆管组成的同心套管；内管流着低温流体，其外表面温度T1=77K，黑度ε1=0.02；外管内表面温度T2=300K，黑度ε2=0.05。二表面间抽成真空。试计算：（1）单位管长上低温流体获得的热流量；（2）当用一薄遮热罩（直径d3=35mm，两面的黑度ε3=0.02）插在二表面之间时，单位管长上低温流体获得的热流量。
10-12 保温（热水）瓶瓶胆是一夹层结构，且夹层表面涂水银，水银层的黑度ε=0.04。瓶内存放t1=100℃的开水，周围环境温度t2=20℃。设瓶胆内外层的温度分别与水和周围环境温度大致相同。求瓶胆的散热量。如用导热系数λ=0.04W?m-1?℃-1)的软木代替瓶胆夹层保温，问需用多厚的软木才能达到保温瓶原来的保温效果？
11稳态综合传热 11-1、λ、K各代表什么？其所对应的传热推动力的取法是否相同？
11-2 如何计算间壁式换热器的平均温差？
1-3 列管式换热器的结构如何？怎样选型？
11-4 饱和水蒸气管道外包保温材料，试分析三种传热方式怎样组成由水蒸气经管道壁和保温层到空气的传热过程，并画出热阻串并联图。
11-5 一台水冷式气体冷却器，其壁厚δ为3mm，导热系数λ为45W?m-1?℃-1，气侧换热系数
W?m-2?℃-1，水侧换热系数
热阻及过程的传热系数。
11-6 厚10mm、导热系数为50 W?m-1?℃-1的平壁，两侧表面的表面传热系数分别为
=100 W?m-2?℃-1。试求下列情况下的总热阻并与原来的热阻比较：
（1）（2）==100 W?m-2?℃-1； =1000 W?m-2?℃-1；
不变。结果你能得出什么结论？ =10 W?m-2?℃-1和2为1为90W 6000 W?m-2?℃-1。假定传热壁可看作平壁，试计算各换热环节的单位面积=10 W?m-2?℃-1
，和（3）壁厚δ=1.0mm
，11-7 一车间墙壁，已知其内侧表面至外侧表面的导热热流密度值为250W?m-2；外侧表面与20℃的大气接触，对流传热系数为15 W?m-2?℃-1；外侧单位表面积与周围环境的辐射传热热流量为60W?m-2，试求墙壁外侧表面的温度。
11-8 一外径为80mm、壁厚为3mm的水蒸气管道，外包厚40mm、热导率λ2=（0.065+0.000105t）（W?m-1?℃-1）的水泥珍珠岩保温层，管内水蒸气温度t1=150℃，环境温度t0=20℃；保温层外表面的表面传热系数0=7.6 W?m-2?℃-1。管道壁的导热系数为λ=53.7 W?m-1?℃-1。求每米长管道的热损失。
11-9 一根外径为30mm、外侧表面温度为100℃的管道，以对流方式向温度为20℃的空气散热，对流传热系数为30 W?m-2?℃-1。为了使每米管道的热损失不超过50W?m-1，现有A、B两种保温材料可供采用。材料A的导热系数为0.5 W?m-1?℃-1, 其数量足够按3.14×10-3m3?m-1的用量使用。材料B的导热系数为0.1 W?m-1?℃-1, 其数量足够按4.0×10-3m3?m-1的用量使用。假定覆盖保温层后，管道外侧壁面与空气间的对流传热系数与管道裸露时相同，试问哪种保温材料放在内层时能满足提出的保温要求？
2-4-10 某工业炉炉墙由两层耐火砖砌成，炉内烟气温度为1350℃，炉外车间空气温度为35℃，烟气侧的传为20 W?m-2?℃-1，车间空气侧的传热系数为10 W?m-2?℃-1；两层炉墙的厚度均为0.23；第热系数
一层炉墙的导热系数λ1为1.5 W?m-1?℃-1，第二层墙的导热系数λ2为0.5 W?m-1?℃-1，试求两层炉墙交界面上的温度。
11-11 一炉壁由三层材料组成，内层是厚度δ1=0.23m,λ1=1.2 W?m-1?℃-1的粘土砖；外层是δ3=0.24m、λ3=0.5 W?m-1?℃-1的红砖；两层中间填以厚度δ2=0.03m、λ2=0.1 W?m-1?℃-1的石棉作为隔热层。炉墙内侧烟气温度
为1200℃, 烟气侧传热系数=40 W?m-2?℃-1
，厂房室内空气温度20℃，空气侧传热系数=15 W?m-2?℃-1。试求通过该炉墙的散热损失和炉墙内、外表面的温度t1和t4。
11-12 在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m，试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。
11-13 在某一已定尺寸的套管式换热器中，热流体与冷流体逆流换热。热流体进入时为120℃，排出时为60.5℃；冷流体进入时为20℃，排出时为67.6℃，若换热器中流体进口温度不变，流量不变，且传热系数、物料比热及设备热损失不变，但换热器的换热面积增大一倍，试求冷、热流体排出温度及热流量的变化。 11-14 在一列管式换热器中，某液体在管内流过被加热，其进口温度为20℃，出口温度为70℃，流量为1800kg?h-1，比热为2.5kJ?kg-1℃-1。管外为压力为176.5kPa的饱和水蒸汽冷凝。试求蒸汽用量。
11-15 在一套管式换热器中，内管为φ165×4.5mm的钢管，内管中热水被冷却，热水流量为3000kg?h-1，进口温度为90℃，出口温度为60℃，环隙中冷却水进口温度为20℃，出口温度为45℃，总传热系数K=1600W?m-2?℃-1，试求：
（1）冷却水用量；
（2）并流流动时的平均温度差及所需的管子长度；
（3）逆流流动时的平均温度差及所需的管子长度。
11-16 有一套管式换热器，内管为φ57×3.5mm，外管为φ108×4mm，流量为50kg?h-1的空气在内管中流过，从20℃被加热至80℃。有效管长为3m。套管中有饱和水蒸汽冷凝，其对流传热系数为10000W?m-2?℃-1，管壁及污垢热阻均可不计，试求饱和蒸汽的温度。
11-17 一套管式换热器，管内流体的对流传热系数-2-11=200W?m?℃，管外流以体的对流传热系数
-2-12=350W?m?℃。已知流体均在紊流情况下进行换热。试回答：
（1）假设管内流体流速增加一倍；
（2）假设管外流体流速增加一倍。
其它条件不变，试问总传热系数增加多少？（管壁和污垢热阻均可不计）
12 质量传递概述与传质微分方程
12-1 将含有水蒸汽的空气从98.07kPa，298K压缩到980.7kPa，然后在中间冷却器中进行冷却，测得323K时开始有水冷凝，气体从中间冷却器出来的温度为303K，求：
（1）压缩前后以及冷却器出口的混合气体中，水蒸汽的质量分数和摩尔分数。
（2）水蒸气冷凝的百分率。
计算SO2在38℃，98.07kPa压力下的空气中的扩散系数。
计算甲醇在35℃的水中的扩散系数。
13 分子传质
多孔介质中气体的扩散与普通气相中的扩散有什么不同？
温度为40℃的水盛放在高180mm、直径20mm的垂直圆管底部，蒸发的水进入大气。大气的温度为40℃，相对湿度60%，试计算水的蒸发速率。当地大气压力为0.Pa。
估算425℃下SO2在空气中的扩散系数，总压为0.Pa。
含0.2%碳的低碳钢在1000℃下（奥氏体区）表面渗碳，如在渗碳气氛中使表面碳浓度维持1.2%C，求经过3.5h后距表面0.5mm深度处的碳浓度。已查得1000℃下碳在钢中的平均扩散系数为
3.59×10-7cm2?s-1。
14 对流传质
紊流扩散系数DE与分子扩散系数D有何联系和区别？
20℃的水呈薄膜状以0.25kg?m-2?s-1的流量沿一平板垂直流下，平板宽为0.02m、长为0.3m，流膜与1atm, 20℃的纯CO2气接触，求水对CO2的吸收速率。已知该条件下CO2在水中的饱和浓度cA0=0.039 kmol?m-3，流膜底层的浓度可视为0。
25℃的水以0.3kg?m-2?s-1的流量沿内径为25mm、长50cm的圆管内壁呈膜状流下, 与1atm, 25℃的空气接触, 求水中吸收氧气的速率kg?h-1, 氢在该条件下的平衡浓度为4.86×10-6mol%[提示: 可作为平板上的液膜处理]。
内径25mm、长1m的液膜吸收器，内有1atm的含少量SO2的干空气以6m?s-1的速率与液膜平行流动，当气一液界面温度为20℃时，计算传质系数，现已测得管内摩擦阻力系数为：λ*=0.079Re-0.25。
15 相际传质
干湿球温度计测量空气湿度的原理是什么？怎样编制干湿温度对照表？
如何判断某一多相化学反应属化学反应控制或扩散控制？
用干湿球温度计测定空气湿度，总压为1×105Pa，干球温度30℃，湿球20℃，求
空气比湿。已知Sc/Pr=0.85，空气平均定压比热CP=1.013 kJ?kg-1?K-1。
流量为0.6 Nm3?s-1的空气，自露点21℃冷却到露点为4.5℃，问必须除去多少水
汽？在干燥后的流量为多少Nm3?s-1？已知21℃时饱和水蒸汽压2500Pa，4.5℃时饱和水汽压850Pa。
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故边界层的动量积分方程为
5-12、已知：1.013?10Pa、100℃的空气以v=100m/s的速度流过一块平板，平板温
度为30℃。
求：离开平板前缘3cm及6cm处边界层上的法向速度、流动边界层及热边界层厚度、局 部切应力和局部表面传热系数、平均阻力系数和平均表面传热系数。
解：定性温度
W/?m?K?,Pr?0.695，??19.5?10?6m2/s，??1,045kg/m3。
（1）x?3cm处，
?106?1.538?105
v?100?0.871.538?10?
?0.2218m/s
?1.538?105?
动量边界层厚度??4.64?0.03??
????Pr??0.695?0.355?0.398mm t
0.323?1.045?1002
?8.61kgm?s2
23RePr?0.332?x
?.538?105?0.695?112.6Wm2?K0.03
5-13．来流温度为20℃、速度为4m/s空气沿着平板流动，在距离前沿点为2m处的局部切应力为多大？如果平板温度为50℃，该处的对流传热表面传热系数是多少？
5-14．实验测得一置于水中的平板某点的切应力为1.5Pa．如果水温与平板温度分别为15℃与60℃，试计算当地的局部热流密度．
5-15．温度为160℃、流速为4m/s的空气流过温度为30℃的平板．在离开前沿点为2m
Wm．试计算该处的Rex,Nux,Stx,j,cf之值． 处测得局部表面传热系数为149
5-16、已知：将一块尺寸为0.2m?0.2m的薄平板平行地置于由风洞造成的均匀气体流场中。在气流速度u??40m/s的情况下用测力仪测得，要使平板维持在气流中需对它施加
t?120℃。气体压力为
0.075N的力。此时气流温度t??20℃，平板两平面的温度w
1.013?103Pa。
求：试据比拟理论确定平板两个表面的对流换热量。
?0.9375N/m2?0.9375Pa
0.2?0.2，边界层中空气定性温度为70℃，
??1.029kg/m3,cp?1009J/?kg/?K?,??20.02?10?6m2/s,Pr?0.694
利用Chilton-Colburn比拟：
?????5.69?10,j??Prh22?u?/221.029?402/22?u?cp
?23.6?1.276?30.1W/m2?K
?u?cpPr?2/3?5.69?10?4?1.029?40??2/3
????2hAt?t?2?3.01?0.2??120?20??240.9W。 w?
这说明Chilton-Colburn比拟对层流运动也是适用的，即适用于平均值也适用于局部值。
5-17．一飞机在10000m高空飞行，时速为600km/h．该处温度为-40℃．把机翼当成一块平板，试确定离开机翼前沿点多远的位置上，空气的流动为充分发展的湍流？空气当作干空气处理．
5-18．将一条长度为原型1/4的潜水艇模型放在一闭式风洞中进行阻力试验．潜水艇水
下的最大航速为16m/s，风洞内气体的压力为6?10Pa，模型长3m，使确定试验时最大的
风速应为多少？潜水艇在水下工作，风洞中的阻力试验结果能否用于水下工作的潜水艇？
5-19．一火车以25m/s的速度前进，受到140N的切应力．它由1节机车及11节客车车
?3m?2.5m厢组成．将每节车厢都看成是由四个平板所组成，车厢的尺寸为9m（长）（宽）．不
计各节车厢间的间隙，车外空气温度为35℃，车厢外表面温度为20℃．试估算该火车所需的制冷负荷．
5-20．在一热处理工程中将一块尺寸为70cm?70cm平板置于30℃的空气气流中，空
气流速为1.2m/s．作用在平板一侧的切应力为0.14N．试估计当该金属板的温度为200℃时平板的散热量．
小论文题目
5-21．夏天，常常将饮料容器置于冰水中来冷却饮料．为了加速冷却，有人提出了这样一个专利（见附图）：将饮料壳体（例如易拉罐）绕其轴线在冰水中做转动．如果能实现饮料瓶或易拉罐绕其轴线的纯转动，试从对流传热基本方程出发，分析这样的方法能否加速饮料的冷却？
第六章 复习题
1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？
答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。
凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。
（1） （2） 等条件。
（3） （4）
几何条件。换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。 物理条件。物体的种类与物性。
初始条件。指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。
边界条件。所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布
2．试举出工程技术中应用相似原理的两个例子．
3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？
4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？
5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。
答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10
排管子以上的管子才能消失。
6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。
答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。
7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？
答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。
这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。
8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律．
Pr数，Gr数的物理意义．Nu数与Bi数有什么区别？ 9．简述Nu数，
10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？
相似原理与量纲分析
6－1 、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用20C的空气来模拟实物中平均温度为200C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若干？若模型中的平均表面传热系数为195W/(mK)，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：根据相似理论，模型与实物中的Re应相等空气在20?C和200?C时的物性参数为：
20?C：?1?15.06?10?6m2/s,?1?2.59?10?2W/m?K,Pr1?0.703200?C：?2?34.85?10?6m2/s,?2?3.93?10?2W/m?K,Pr2?0.680由
?u1?(1)(2)u2??8?6.03?20.85m/s
得：h2?h1(l)(2)?195???36.99W/(m2?K)
上述模化试验，虽然模型与流体的Pr数并不严格相等，但十分相近
用价值的。
这样的模化试验是有实
6－2、对于恒壁温边界条件的自然对流，试用量纲分析方法导出：Nu?f(Gr,Pr)。提示：在自然对流换热中ga?t起相当于强制对流中流速的作用。
??LT??M?LT??ML??L?
n?r?7?4?3??(?1，?2，?3)＝0则各准内涵表达式如下
?1＝hLa1?b1?c1(g??t)d1?2＝?La2?b2?c2(g??t)d2?3＝cLa3?b3?c3(g??t)d3
展开：?1＝M??1T?3La1Mb1??b1T?3b1Mc1L?c1T?c1Ld1T?2d1
?M1?b1?c1??1?b1T?3?3b1?c1?2d1La1?b1?c1?d1
，c1?0，d1?0，a1?1
解得：b1??1
?1?hL1??1?0(g??t)0?hL/??Nu
?2?ML?3La2Mb2??b2Lb2T?3b2Mc2L?c2T?c2Ld2T?2d2
?M1?b2?c2L?3?a2?b2?c2?d2??b2T?3b2?c2?d2?b2?0，c2??1，d2?1/2，a2?3/2各系数乘以2得：
?2??2L3?0??2(g??t)1?0g??tL3/?3?Gr?3?L2??1T?2La3Mb3??b3Lb3T?3b3Mc3L?c3T?c3Ld3T2d3
?L2?a3?b3?c3?d3??1?b3T?2?3b3?c3?3d3Mb3?c3?b3??1，c3?1，d3?0，a3?0
?3?cL0??1?1(g??t)0?c?/??Pr
即原则性准则方程：
Nu?f(Gr，Pr)
6－3、试用量纲分析法证明，恒壁温情况下导出的Nu?f(Gr,Pr)的关系式对于恒热流边界条件也是合适的，只是此时Gr数应定义为Gr?g?ql/?
证明：在习题18的分析中以q代替?t（因为此时热流密度已知，而?t中的壁温为未知），则有
h?f(g?q,l,?,?1,cp,?)
，仍以?,?,?,l为基本变量，则有：
?1???1?h1?c1ld1h??1?
?2???2?h2?c2ld2?g?q??LMT?5??1
?L1??2?3h2?c2?d2M1??2?h2?c2T?5?5?2?c2
Ld2LMT?5??1
??2??1 ，c2??2，b2?2，d2?4
?2?g?q???l?
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　第​四​版​传​热​学​第​五​、​六​章​习​题...因此导热的热阻也就越小,因此起到影响传热大小 5、对流换热问题完整的数字描述... 　传热学第四版课后题答案第五章_工学_高等教育_教育专区。传热学第四版课后题...313.7 ? 10?6 m 2 / s x=156.85m 5-9、已知:20℃的水以 2m/s ... 　第四版传热学第五、六,七八 章习题解答_工学_高等教育_教育专区。谢谢第五章复习题 1、试用简明的语言说明热边界层的概念。 答:在壁面附近的一个薄层内,流体... 　第四版传热学第四章习题解答_理学_高等教育_教育专区。第四章复习题 1、 试...1,2,3? 4 5 6 9.3 10.3 12.2 ... 　第四版《传热学》课后习题答案_理学_高等教育_教育专区。第一章思考题 1. ...? ? ? 95 0.116 46.5 1.15
W /(m .K ) 1-23 在... 　传热学第四版完整版答案第一章思考题 1. 试用简练...过渡流传热; (c)强制对 流换热; 1-6 一宇宙...10?4 ; h1 h2 5800 ? 46.5 解: 1 K? 1 ... 　《传热学》 (第五版)第 0 章-第 3 章习题解答第 0 章 绪论 0-4、解答题略。 0-6 答:对流换热和对流不是同一现象. 热对流是指:若流体有宏观运动,且... 　《传热学》课后习题答案(第四版)_理学_高等教育_教育专区。第1章 1-3 解:...1 5 ( ) ? ? 9 5 ( ) ? ? 6 5 (?y ) ? ?x?y ? ? ?yh(t... 　传热学第四版课本答案 第一章思考题 1. 试用简练...过渡流传热; (c)强制对 流换热; 1-6 一宇宙...? ? 1.724? 10?4 ; h1 h2 5800 ? 46.5 ...传热学第四版第五章-海文库
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传热学第四版第五章
第五章复习题1、试用简明的语言说明热边界层的概念。答：在壁面附近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈变化，而在此薄层之外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为温度边界层或热边界层。2、与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么？答：与完全的能量方程相比，它忽略了主流方向温度的次变化率适用于边界层内，不适用整个流体。3、式（5―4）与导热问题的第三类边界条件式（2―17）有什么区别？ ?2Ax2?，因此仅h??答：??t?t?yy?0（5―4）??(?t)?h(tw?tf)?h（2―11）式（5―4）中的h是未知量，而式（2―17）中的h是作为已知的边界条件给出，此外（2―17）中的?为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（5―4）将用来导出一个包括h的无量纲数，只是局部表面传热系数，而整个换热表面的表面系数应该把牛顿冷却公式应用到整个表面而得出。4、式（5―4）表面，在边界上垂直壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热中，流体的流动起什么作用？答：固体表面所形成的边界层的厚度除了与流体的粘性有关外还与主流区的速度有关，流动速度越大，边界层越薄，因此导热的热阻也就越小，因此起到影响传热大小5、对流换热问题完整的数字描述应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数字描述有什么意义？答：对流换热问题完整的数字描述应包括：对流换热微分方程组及定解条件，定解条件包括，（1）初始条件（2）边界条件（速度、压力及温度）建立对流换热问题的数字描述目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量，能量和质量守恒关系，避免在研究遗漏某种物理因素。基本概念与定性分析5-1 、对于流体外标平板的流动，试用数量级分析的方法，从动量方程引出边界层厚度?的如下变化关系式：x~Rex解：对于流体外标平板的流动，其动量方程为：?y?u1d??2uu?v???v2?x?y?dxxy根据数量级的关系，主流方的数量级为1，y方线的数量级为?1111121????????v21??1? 则有从上式可以看出等式左侧的数量级为1级，那么，等式右侧也是数量级为1级，2v?为使等式是数量级为1，则必须是量级。??x从量级看为1级1Rex?1u?xv~11?1~1?~11?2?量级1?Rex两量的数量级相同，所以x与成比例5-2、对于油、空气及液态金属，分别有Pr??1，Pr?1，Pr??1，试就外标等温平板的层流流动，画出三种流体边界层中速度分布和温度分布的大致图象（要能显示出?与?x的相对大小）。解：如下图：
5-3、已知：如图，流体在两平行平板间作层流充分发展对流换热。
求：画出下列三种情形下充分发展区域截面上的流体温度分布曲线：（1）（2）qw1?qw2；qw1?2qw2；（3）qw1?0。解：如下图形：
5-4、已知：某一电子器件的外壳可以简化成如图所示形状。求：定性地画出空腔截面上空气流动的图像。解：th?
5-5、已知：输送大电流的导线称为母线，一种母线的截面形状如图所示，内管为导体，其中通以大电流，外管起保护导体的作用。设母线水平走向，内外管间充满空气。求：分析内管中所产生的热量是怎样散失到周围环境的。并定性地画出截面上空气流动的图像。解：散热方式：（1）环形空间中的空气自然对流（2）内环与外环表面间的辐射换热。
5-6、已知：如图，高速飞行部件中广泛采用的钝体是一个轴对称的物体。求：画出钝体表面上沿x方向的局部表面传热系数的大致图像，并分析滞止点s附近边界层流动的状态。（层流或湍流）。解：在外掠钝体的对流换热中，滞止点处的换热强度是很高的。该处的流动几乎总处层流状态，对流换热的强烈程度随离开滞止点距离的增加而下降。5-7．温度为80℃的平板置于来流温度为20℃的气流中．假设平板表面中某点在垂直于壁面方向的温度梯度为40mm，试确定该处的热流密度．
边界层概念及分析5-8、已知：介质为25℃的空气、水及14号润滑油，外掠平板边界层的流动由层流转变为湍流的灵界雷诺数求：以上三种介质达到Rec?5?105，u??1m/s。 Rec时所需的平板长度。?6解：（1）25℃的空气
v=15.53?10m2/sRex?u?x1?x5?5?10v=15.53?10?6
x=7.765m?62
（2）25℃的水
v?0.9055?10m/s
x=0.45275m
?62（3）14号润滑油v?313.7?10m/s
x=156.85m5-9、已知：20℃的水以2m/s的流速平行地流过一块平板，边界层内的流速为三次多项式分布。求：计算离开平板前缘10cm及20cm处的流动边界层厚度及两截面上边界层内流体的质量流量（以垂直于流动方向的单位宽度计）。?62解：20℃的水v?1.006?10m/su?2m/s（1）x=10cm=0.1m22） Rex?u?x2?0.01?v1.00?10?6=19880.72
小于过渡雷诺数Rex.
按（5―vx1.006?10?6?0.1??4.64?4.64?1.mu?2uy设u???3y1y3???()2?2? ?0m???udy???0?u?3uy1yy??u??y??u??[???()3]dy0u02u??2??3y21y4?3??5?u?[??(3)]0??u?[?]??2kg/m4?8488?? ==998.22=1.298（2）x=20cm=0.2mRex?2?0.021.006?10?6=39761.43
（为尽流）vx.006?10?6?0.02??4.64?4.64?1.47?10?3u?2m5m???uxdy?998.2?2???1.8340kg/m28?5-10、已知：如图，两无限大平板之间的流体，由于上板运动而引起的层流粘性流动称 为库埃流。不计流体中由于粘性而引起的机械能向热能的转换。求：流体的速度与温度分布。dpd2u???2?0dxdy解：（1）动量方程式简化为，y=0, u=0, y=H, u?y???，?为上板速度。?ydp??uy???0?H平行平板间的流动dx。积分两次并代入边界条件得????。（2）不计及由于粘性而引起机械能向热能的转换，能量方程为：?c???u??t?t?2????k?t??y???x,2dt?t?0?02t?tw2t?tw1dy对于所研究的情形，??0，?x，因而得，y=0,,y=H,,由此?yt?tw1???H得???tw2?tw1??。?u?u?2uu?v??2?x?y?y。 5-11、已知：如图，外掠平板的边界层的动量方程式为：求：沿y方向作积分（从y=0到y??）导出边界层的动量积分方程。解：任一截面做y=0到??y??的积分 ??u?u?2uudy??vdy??v2??x?y?y000根据边界层概念y&?,u?u??u?u?2u?0,?0.2?0?x?y?y故在该处?则有?u?u?2uudy??v??v2dy??x?y?y000?u?uv?v?u?u????y?y00???…………………（1） ?其中由连续行方程可得 ??v?u?u??;v???????y?y?x000???所以?u?u?uvdy??u?u?????y?x?x000???…………………..（2）又因为??u??2u?vdy??v2???y???y??y?00?………………………………….（3） ???（1）（2）代入（3）?u?u?ududy?dy?u?u?u?u??dy?????x?x?xdx0000???u?d????uu?udy?v????dx0??y?y?0 故边界层的动量积分方程为55-12、已知：1.013?10Pa、100℃的空气以v=100m/s的速度流过一块平板，平板温度为30℃。求：离开平板前缘3cm及6cm处边界层上的法向速度、流动边界层及热边界层厚度、局 部切应力和局部表面传热系数、平均阻力系数和平均表面传热系数。解：定性温度tm?100?30?652℃??0.0293W/?m?K?,Pr?0.695，??19.5?10?6m2/s，??1,045kg/m3。（1）x?3cm处，Rex?u?x??0.03?100?106?1.538?10519.5
?2v??100?0.871.538?105??2?0.2218m/s5????4.64?0.03?1.538?10
动量边界层厚度?0.355mm?t?Pr???0.695??0.355?0.398mm?w?20.323?u?Rex?0.323?1.045??8.61kgm?s2??hx?0.332?x3Re?0.332?xPr0.5?0.695?112.6Wm2?K0.03 ??比拟理论5-13．来流温度为20℃、速度为4m/s空气沿着平板流动，在距离前沿点为2m处的局部切应力为多大？如果平板温度为50℃，该处的对流传热表面传热系数是多少？5-14．实验测得一置于水中的平板某点的切应力为1.5Pa．如果水温与平板温度分别为15℃与60℃，试计算当地的局部热流密度．5-15．温度为160℃、流速为4m/s的空气流过温度为30℃的平板．在离开前沿点为2m2Wm．试计算该处的Rex,Nux,Stx,j,cf之值． 处测得局部表面传热系数为149?5-16、已知：将一块尺寸为0.2m?0.2m的薄平板平行地置于由风洞造成的均匀气体流场中。在气流速度u??40m/s的情况下用测力仪测得，要使平板维持在气流中需对它施加t?120℃。气体压力为0.075N的力。此时气流温度t??20℃，平板两平面的温度w1.013?103Pa。求：试据比拟理论确定平板两个表面的对流换热量。解：??0.075/2?0.9375N/m2?0.?0.2，边界层中空气定性温度为70℃，
物性：??1.029kg/m3,cp?1009J/?kg/?K?,??20.02?10?6m2/s,Pr?0.694利用Chilton-Colburn比拟：jb?cf2?StPr2/3?cf2?cf1?10.???5.69?10,j??Prh2?u?/221.029?402/22?u?cp?h?cf2?23.6?1.276?30.1W/m2?K?u?cpPr?2/3?5.69?10?4?1.029?40??2/3??。
??2hA?tw?t???2?3.01?0.22??120?20??240.9W这说明Chilton-Colburn比拟对层流运动也是适用的，即适用于平均值也适用于局部值。 工程应用5-17．一飞机在10000m高空飞行，时速为600km/h．该处温度为-40℃．把机翼当成一块平板，试确定离开机翼前沿点多远的位置上，空气的流动为充分发展的湍流？空气当作干空气处理．5-18．将一条长度为原型1/4的潜水艇模型放在一闭式风洞中进行阻力试验．潜水艇水5下的最大航速为16m/s，风洞内气体的压力为6?10Pa，模型长3m，使确定试验时最大的风速应为多少？潜水艇在水下工作，风洞中的阻力试验结果能否用于水下工作的潜水艇？5-19．一火车以25m/s的速度前进，受到140N的切应力．它由1节机车及11节客车车?3m?2.5m厢组成．将每节车厢都看成是由四个平板所组成，车厢的尺寸为9m（长）（宽）．不计各节车厢间的间隙，车外空气温度为35℃，车厢外表面温度为20℃．试估算该火车所需的制冷负荷．5-20．在一热处理工程中将一块尺寸为70cm?70cm平板置于30℃的空气气流中，空气流速为1.2m/s．作用在平板一侧的切应力为0.14N．试估计当该金属板的温度为200℃时平板的散热量．小论文题目5-21．夏天，常常将饮料容器置于冰水中来冷却饮料．为了加速冷却，有人提出了这样一个专利（见附图）：将饮料壳体（例如易拉罐）绕其轴线在冰水中做转动．如果能实现饮料瓶或易拉罐绕其轴线的纯转动，试从对流传热基本方程出发，分析这样的方法能否加速饮料的冷却？
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