1、第七章思考题1.什么叫膜状凝结，什么叫珠状凝结?膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方？答：凝结液体在壁面上铺展成膜的凝结叫膜状凝结，膜状凝结的主要热阻在液膜层，凝结液体在壁面上形成液珠的凝结叫珠状凝结。2在努塞尔关于膜状凝结理论分析的 8 条假定中，最主要的简化假定是哪两条?答：第 3 条，忽略液膜惯性力，使动量方程得以简化；第 5 条，膜内温度是线性的，即膜内只有导热而无对流，简化了能量方程。3有人说，在其他条件相同的情况下水平管外的凝结换热一定比竖直管强烈，这一说法一定成立？答；这一说法不一定成立，要看管的长径比。4为什么水平管外凝结换热只介绍层流的准则式？常压下的水蒸气在 10ws
2、tt的水平管外凝结，如果要使液膜中出现湍流，试近似地估计一下水平管的直径要多大?答：因为换热管径通常较小，水平管外凝结换热一般在层流范围。对于水平横圆管：rtdhRwse413279.0wstgrh临界雷诺数 16016.Re43543243rgtdsc由 0st,查表： kJ/7由 9p，查表： 38.9m KmW/85.sg/1.286trdws 07.2373125即水平管管径达到 2.07m 时，流动状态才过渡到湍流。5试说明大容器沸腾的 tq曲线中各部分的换热机理。6对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热情形，分别说明控制热流密度小于临界热流密度及温差小于临界温差的意义，并针对上述
3、两种情形分别举出一个工程应用实例。答：对于热流密度可控的设备，如电加热器，控制热流密度小于临界热流密度，是为了防止设备被烧毁，对于壁温可控的设备，如冷凝蒸发器，控制温差小于临界温差，是为了防止设备换热量下降。7试对比水平管外膜状凝结及水平管外膜态沸腾换热过程的异同。答：稳定膜态沸腾与膜状凝结在物理上同属相变换热，前者热量必须穿过热阻较大的汽膜，后者热量必须穿过热阻较大的液膜，前者热量由里向外，后者热量由外向里。8从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是什么?强化沸腾换热的基本思想是什么？答：从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度，强化沸腾换热的基
4、本思想是尽量增加换热表面的汽化核心数。9在你学习过的对流换热中表面传热系数计算式中显含换热温差的有哪几种换热方式？其他换热方式中不显含温差是否意味着与温差没有任何关系?答：表面传热系数计算式中显含换热温差的有凝结换热和沸腾换热。不显含温差并不意味着与温差无关，温差的影响隐含在公式适用范围和物件计算中。10在图 7-14 所示的沸腾曲线中，为什么稳定膜态沸腾部分的曲线会随t 的增加而迅速上升?答：因为随着壁面过热度的增加，辐射换热的作用越加明显。习题基本概念与分析7-1、 试将努塞尔于蒸气在竖壁上作层流膜状凝结的理论解式(63)表示成特征数间的函数形式，引入伽里略数 23glGu及雅各布数 ws
5、ptcrJa。解：4132)(75.0wslltdrh， 414123 .725.0.)( rapspu PJGctcrvgN。7-2、 对于压力为 0.1013MPa 的水蒸气，试估算在 0swtt的情况下雅各布数之值，并说明此特征数的意义以及可能要用到这一特征数的那些热传递现象。解： )(wspatcrJ，r= KgJ310.257， )(42KgJcp，.1042.573 a， )(wspatr代表了 汽化潜热与液瞙显热降之比;进一步一般化可写为 tcrJpa，代表了相变潜热与相应的显热之比，在相变换热（凝结、沸腾、熔化、凝固等都可以用得上）。7-3、 40st的水蒸气及 40s的 R1
6、34a 蒸气在等温竖壁上膜状凝结，试计算离开 x0 处为 0.1m、0.5m 处液膜厚度。设 5swtt。解：412rgtxul）（，近视地用 ts 计算物性，则：对水： 635.0l，603.l， 2.9l， kgJr31047；对 R134a： 7l，6.1284lu， 2.4l，kgJr312.；对水：412rtxxl）（41326047.98. 5.35x16.)07(x，X=0.1、 m028.1.3() 54 .X=0.5、 1.56=435x 41 对 R134a：42rgtxul）（43260.1.8.97x= 4141603.2)05.3( xx，X=0.1、 m68.8.1
7、42x) 14 ；X=0.5、 0.2 ( 41 。7-4、当把一杯水倒在一块赤热的铁板上时板面立即会产生许多跳动着的小水滴，而且可以维持相当一段时间而不被汽化掉。试从传热学的观点来解释这一现象常称为莱登佛罗斯特(Leidenfrost)现象，并从沸腾换热曲线上找出开始形成这一状态的点。解：此时在炽热的表面上形成了稳定的膜态沸腾，小水滴在气膜上蒸发，被上升的蒸汽带动，形成跳动，在沸腾曲线上相应于 qmin(见图 6-11)的点即为开始形成现象的点。凝结换热7-5、 饱和水蒸气在高度 l1.5m 的竖管外表面上作层流膜状凝结。水蒸气压力为Pap510.2，管子表面温度为 123。试利用努塞尔分析
8、解计算离开管顶为0.1m、 0.2m、 0.4m、0.6m 及 1.0 m 处的液膜厚度和局部表面传热系数。解：水蒸气 5.对应的饱和参数： 2.17st kgJr/8.1定性温度： 5/23.172/wsmtt 查表得 KW06.8 )/(06.mskg3/9kg由4124rxtws415226108.938. 3707 x mx441693.132tgrhwsx4166323.170.2408981.9x457.x解得x 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0（） 0.061 0.073 0.086 0.096 0.109hx 11232 9445 7942 7177 63167-6、饱和
9、温度为 50的纯净水蒸汽在外径为 25.4mm 的竖直管束外凝结，蒸汽与管壁的温差为 11,每根管于长 1.5m，共 50 根管子。试计算该冷凝器管束的热负荷。解：.42)10(mt， 3.90mkgl， ).(641.0kmWl，65.lu，rJ7383，设流动为层流，41wfl3l2t-urg1.）（L )k.m(8.49515.06.698.9 21632W60.3.244leruthR226.31600，故为层流。整个冷凝器的 热负荷 Q=504954.83.14160.02541.511=326.2kW。7-7、立式氨冷凝器由外径为 50mm 的钢管制成。钢管外表面温度为 25，冷凝
10、温度为30。要求每根管子的氨凝结量为 0.009kg/s，试确定每根管子的长度。解：t m=5.270，3/2.60mkgl， )./(510.mWl，)/(1.4skgul，r J184， 由 rGthA.，得： tdhL.。设流动为层流，则有：41wfl3l2t-u1）（ 41414323 .570510.260.85.9 LL，代入 L 的计算式，得：L=413.89所以 L=m23.5370914，h= 4129.570=3986.6W/(m2.k)，Re=1681.8.464，故为层流。7-8、水蒸汽在水平管外凝结。设管径为 25.4mm，壁温低于饱和温度 5，试计算在冷凝压力为 3
11、105Pa、 Pa、50Pa 及 6Pa 下的凝结换热表面传热系数。解：按式（6-4）计算，各压力下的物性及换热系数之值如下表示：Pc/（10 5Pa） 0.05 0.5 1.0 10.0tc/（） 32.4 81.5 99.8 179.8tm/（） 34.9 84 102.3 182.3 t/（） 993.98 969.2 956.7 884.4 t/W/（m.k） 0.626 0.6764 0.6835 0.6730ul106/kg/（m.s）728.8 379.02 277.1 151.0r/（KJ/kg） 2425 2305 2260 2015h/W/（m 2.k） 11450 139
12、33 15105 161387-9、饱和温度为 30的氨蒸汽在立式冷凝器中凝结。冷凝器中管束高 3.5m，冷凝温度比壁温高 4.4。试问在冷凝器的设计计算中可否采用层流液膜的公式。物性参数可按 30计算。解：按照附录 13，30的氨液的 物性参数为：3/4.58mkgl， )./(4583.0mWl，71043.2f，先按层流计算，则：）（ k.m/.1.2991. 241732，60587.043.85.6e R。确实属于层流范围。7-10、工厂中采用 0.1MPa 的饱和水蒸汽在一金属竖直薄壁上凝结，对置于壁面另侧的物体进行加热处理。已知竖壁与蒸汽接触的表面的平均壁温为 70，壁高 1.2
13、m宽30cm。在此条件下，一被加热物体的平均温度可以在半小时内升高 30，热确定这物体的平均效容量。不考虑散热损失。解：近似地取 ts=100，852wsmtt。3/6.98kgl， )./(67.0KWl， )/(1036mskgul，Jr1257设为层流 h=41wfl3l2t-ur.）（L=）（ k./7.4531302.1357.5687.891. 213W.4024466leruthR，与假设一致。kAQws 8.7)(平均热容量KJtc /1052.31563.7-11、一块与竖直方向成 30角的正方形平壁，边长为 40cm、 5103Pa 的饱和水蒸汽在此板上凝结，平均壁温为 9
14、6。试计算每小时的凝结水量。如果该平板与水平方向成 30角，问凝结量将是现在的百分之几？解：t m=982610，3/5.8mkgl， )./(6829.0mWl，)./(.skgul ，r J127，设为膜状凝结，h=41wfl3l2t-rsin13.）（L=）（）（ k./1996104.1.2883.55760i.9 2462。083.94 leruthRWAQ2782ws ）（ kg/h.1/s0.1257.6r 3G。如果其它条件不变，但改为与水平方向成 30角，则 h 为原来的4123/=0.872=87.2，因而凝结量亦将是现在的 87.2。7-12、 压力为 1.013x105
15、Pa 的饱和水蒸汽，用水平放置的壁温为 90的铜管来凝结。有下列两种选择：用根直径为 10cm 的铜管或用 10 根直径为 1cm 的铜管。试问：(1)这两种选择所产生的凝结水量是否相同 ?最多可以相差多少？(2)要使凝结水量的差别最大，小管径系统应如何布置( 不考虑容积的因素)。(3)上述结论与蒸汽压力、铜管壁温是否有关 (保证两种布置的其他条件相同 )?解 ：水平管的凝结换热公式 413279.0wsllHtdgrh两种方案的换热表面积相同，温差相等，由牛顿冷却公式 tAH，故凝液量 rtAhqHm因此，两种方案的凝液量之比 562.0144212 dhqHm故小管径系统的凝液量是大管径系
16、统的 1.778 倍。只要保证蒸气压力和管壁温度在两种情况下相同，上述结论与蒸气压力和铜管壁温无关。7-13、一卧式水蒸汽冷凝器管子的直径为 20mm，第排管子的壁温 15wt，冷凝压力为 4.5xl03Pa。试计算第一排管子每米长的凝结液量。解：相应于 4.5103Pa 的饱和温度为 30.94，2397.24.30mt。/5.97mkgl， )./(605.KWl， )/(1.96skgul ，Jr10248， .5194t，h=）（ ./8340.2.3.7 2163W每米长管子上的凝结水量： hkgskrtdhG /3.1/25.105.489.1. 33。7-14、饱和温度为 30的
17、水蒸汽在恒定温度的竖壁上凝结，试估算使液膜进入湍流的tl之值。物性按饱和温度查取。解： /7.95mkgl， )./(6.Kml， )/(0.86msul ，Jr10243，于是有：41416323 )(.910.8.795. tLtLh，tL之值应满足：6043h，即 th5.736，两式联立得 41)(.39579tt， 52.7)(41t， tL319.2m. 。7-15、设习题 7-14 中饱和水蒸汽的饱和压力为 1.013X105Pa，试重做该题。在般工业与民用水蒸汽凝结的换热系统中，沮差常在 510范围内，由本题及习题 614 的计算你可以得出什么看法？解：100 下饱和水的物性为
18、：3/4.98mkgl， )./(68.0KmWl，)/(105.286mskgul ， Jr1027， 414433 )(91085.6.793 tLtLh，将此式与下式联立，10.257.236h，得 41)(39025tt，由此得： 43)(tL18.345， t48.3m. 。一般工业用冷凝器大多在层流范围内。7-16、为估算位于同一铅垂面内的几棍管子的平均凝结换热表面传热系数，可采用下列偏于保守的公式： 41/nhn其中 1h为由上往下第 1 排管子的凝结换热表面传热系数。这里假定 n 根管子的壁温相同。今有一台由直径力 20mm 的管束所组成的卧式冷凝器，管子成叉排布置。在同一竖排
19、内的平均管排数为 20，管壁温度为 15，凝结压力为 4.5x103Pa，试估算纯净水蒸汽凝结时管束的平均表面传热系数。解：2397.254.30mt。/.97kgl， )./(60KmWl， )/(103.946mskgul ，Jr183， .514t， ）（ ./8.2460975.2.0 24633 Wh 0/1/n， )(972.8Khn 。7-17 为了强化竖管外的蒸汽凝结换热，有时可采用如附图所示的凝结液泄出罩。设在高 l的竖管外，等间距地布置 n 个泄出罩，且加罩前与加罩后管壁温度及其他条件都保持不变。试导出加罩后全管的平均表面传热系数与未加罩时的平均表面传热系数间的关系式。如果
20、希望把表面传热系数提高 2 倍，应加多少个罩？如果 ld100，为使竖管的平均表面传热系数与水平管一样，需加多少个罩？解：设加罩前平均表面传热系数为 0h，加罩后为 nh，则有：0h 41)/(L， nh 41)/(L，则410/)(n，与欲使20hn，应有 156,1,2)(41 nn，设需把直管等分为几段才能使全管平均换热系数与水平管一样，则有：413275.0tdrgl 4132/0.tndrgll，即：41)0(3.725.0n，79.6)1.(4n段，即共需 17-116 各泄出罩。7-18、 如附图所示，容器底部温度为 tw(ts ，并保持恒定，容器侧壁绝热。假定蒸汽在凝结过程中压
21、力保持不变，试导出凝结过程中每一时刻底部液膜厚度 的计算式，在你的推导过程中，“容器侧壁绝热”这一条件起了什么作用？解：据给定得条件，从汽液分界面上释放出得汽化潜热均通过液瞙得导热而传到底面上的，于是有： )(wsll tdr，其中 为时间，将此式对 作积分，并利用 0， 的条件，得 rtws)(2。此式表明液瞙厚度与 T成正比。容器侧壁绝热使本题可以按一维无限大平壁导热问题处理。沸腾换热7-19、直径为 6mm 的合金钢元在 98水中淬火时的冷却曲线如附图所示。钢元初温为 800。试分析曲线各段所代表的换热过程的性质。解：AB 段钢元的温度随时间的变化比较平缓，代表了瞙态沸腾区的换热特性，B
22、C 段的上半部钢元温度随时间而急剧下降，呈现出核态沸腾的特点，而到 BC 段的下部，温度曲线再次变得平缓，反应出对流换热逐渐进入以自然对流为主得区域。7-20、平均压力为 51098.Pa 的水，在内径为 15mm的铜管内作充分发展的单相强制对流换热。水的平均温度为 100，壁温比水温高 5。试问：当流速多大时，对流换热的热流密度与同压力、同温差下的饱和水在铜表面下作大容器核态沸腾时的热流密度相等?解： Paps21098.时， 120st，对应水的物性m/56， 47.r， KmW/68.根据公式 53.21ptCh5.03219. 2/由题意，要使二者热流密度相等，在温差相同情况下，必须表
23、面传热系数 h 相等。对管内湍流强制对流 dPRhre4.08.23.而 h所以24.1876.047.123.58. .4.0.0 rh9e而 udRe所以smdR/.5.。7-21、当液体在一定压力下作大容器饱和核态沸腾时，欲使表面传热系数增加 10 倍温差(t w-ts)应增加几倍 ?如果同一液体在圆管内作单相揣流换热(充分发展区) ，为使表面传热系数提高 10 倍，流速应增加多少倍？为维持流体流动所消耗的功将增加多少倍 ?设物性为常数。解：(1)大容器饱和沸腾 3.2th69.2103.3.2ht(2)管内湍流 8.0V78.25.18.02p3VApN.607.133答：大容器饱和沸
24、腾表面传热系数增加 10 倍壁面过热度是原值的 2.69 倍。圆管内湍流强制对流传热表面传热系数增加 10 倍，流速是原值的 17.78 倍，这时流体的驱动功率是原值的 5620.8 倍。7-22 直径为 5cm 的电加热铜棒被用来产生压力为 3.61X105Pa 的饱和水蒸汽,铜棒表面温度高于饱和温度 5，问需要多长的铜棒才能维持 90kg h 的产汽率?解：再 3.61105Pa 的压力下，水的物性参数为： )/(4287KkgJcpl ， kgJr/10.243，3/1.926mkgl，396.1mv， mN7， )(0st ， 013.wvc， Prf，于是有： .4663 967.1
25、28.9514.210.20.24587 ）（ q，由此解得：q40770W/m 2，不考虑从过冷水加热到饱和水所需消耗的热量，把 20kg 饱和水变成饱和蒸汽所需的热量为 202144.1103，因而加热棒之长为：m37.8405.16.3/03。7-23、一铜制平底锅底部的受热面直径为 30cm，要求其在 1.013105Pa 的大气压下沸腾时每小时能产生 2.3kg 饱和水蒸气。试确定锅底干净时其与水接触面的温度。解：t s=100时水的物性参数为 5.1Prf， )/(420KkgJcpl ，kgJr/.273，3/498kgl，397.mv，N106584， )(0.26st ， 1
26、.wlc，23/6 mWAq，9.5)(Pr3.0vllplfwgrqct ， 3.10529.ttfw 。7-24、一台电热锅妒，用功率为 8kw 的电热器来产生压力为 1.43X105Pa 的饱和水蒸汽。 电热丝置于两根长为 1.85m、外径为 15mm 的钢管内( 经机械抛光后的不锈钢管)，而该两根钢管置于水内。设所加入的电功率均用来产生蒸汽，试计算不锈钢管壁面温度的最高值。钢管壁厚 1.5mm，导热系数为 10w(mK)。解：由已知条件可得，热流密度2/45801.8146.32mWq，在 1.43105Pa 压力下：3/951mkgl，3/8265.0mkgv， )/(42KkgJc
27、pl ， kgJr/103.269， N64， )/(196st ， )/(85.0mWl ，0.Prf。代入式（6-17）有： 3.04363 8265.91.10.291054032.4261.9 ）（t7.37， .7wt 。不锈钢管内的热量都是通过内壁面导出的，导热温差： .7)85.4./()ln40)/(ln(12 ldt。最高壁温位于内壁面上，其值为 127.47.68135.1。7-25、直径为 30mm 的钢棒( 含碳约 1.5)在 100的饱和水中淬火。在冷却过程中的某 瞬间，棒表面温度为 110,试估算此时棒表面的温度梯度。沸腾换热表面传热系数可按式(615)估计。解：
28、)/(964013.)01(8.48.4 25.03.45.03. KmWpth ，这一对流换热量系通过工作表面里层的导热而传递到工作表面上，故有：thr，mCtrt /26.396，负号表示温度沿半径方向减少。7-26 一直径为 3.5mm、长 100mm 的机械抛光的薄壁不锈钢管，被置于压力为1.013X105Pa 的水容器中，水温已接近饱和温度。对该不锈钢管两端通电以作为加热表面。试计算当加热功率为 1.9W 及 100 W 时，水与钢管表面间的表面传热系数值。解 ：(1)当加热功率为 1.9W 时。 2/8.17.03.9dlq这样低的热流密度仍处于自然对流阶段。此时温差一般小于 4。
29、由于计算自然对流的表面传热系数需要知道其壁面温度，故本题具有迭代性质。先假定温差 6.1swtt定性温度8.102swmtt物性参数 KW/63. 743.1rP109.5.a5.90029647. 22 tdgaGr故 83.47.188.41ruPN所以 KmWdh 2/35.2/106.92tq与 /817mW相差达 12.7，故需重新假定t。考虑到自然对流 45tq即 8.0qt在物性基本不变时正确的温差按下式计算：715.248.15076t而 4th 即 KmW241/07692(2)当 10时，2/7.90451.35. mWdlq假定进入核态沸腾区， Pap1.根据公式 5.0
30、72Ch 15.07.9453. K2/.894验证此时的过热度 .10.8hqt确实在核态沸腾区。7-27、式(7-17)可以进步简化成 67.0Cqh，其中系数 C 取决于沸腾液体的种类、压力及液体与固体表面的组合。对于水在抛光的铜、铂及化学蚀腐与机械抛光的不锈钢表面上的沸腾换热，式(7-17)中的 wl均可取为 0.013。试针对 Pap5103.、Pa51076.4、 Pa5103.、 Pa518.9、 89下的大容器沸腾、计算上述情形中的系数 C，且进 步把系数 C 拟合成压力的幂函数形式，并与式 (616)比较。解：把式（6-17）写成 67.qh的形式，可得： 3.067.03.
31、0 )(1)(103. lvllplvlllp grcgrrc ，P/（bar） 1.013 4.76 10.03 19.08 39.78Cpl/KJ/（kg.K） 4.22 4.313 4.417 4.555 4.844prl 1.75 1.17 1.00 0.91 0.86 l106/kg/ （m.s）282.5 186.4 153.0 130.5 169.9r10-3/（J/kg ） 2257.1 2113.1 2013.0 1898.3 1714.5 l/（kg/m 3） 958.4 917.0 886.9 852.3 799.0 vl/（kg/m 3） 0.5977 2.548 5.
32、160 9.593 19.9910 4/（N/m） 588.6 486.6 422.8 354.1 261.9C 4.9972 7.1279 8.4097 9.6124 11.352用最小二乘法拟合得 23.05pC，p 的单位为 bar。7-28、在所有的对流换热计算式中沸腾换热的实验关联式大概是分歧最大的。就式(617)而言、用它来估计 q 时最大误差可达 100。另外，系数 wlC的确定也是引起误差的一个方面。今设在给定的温差下，由于 wl的取值偏高了 20，试估算热流密度的计算值会引起的偏差。如果规定了热流密度，则温差的估计又会引起多大的偏差？通过具体的计算来说明。解：（1）由于其它条
33、件不变，给出 t么计算 时，应有 23.013.0qCwlwl，即5.73.12.,.1)(03123.012 qCqWLwl，即偏低 42.5。（2）当给定 q，由式（6-17）确定 t时，C wl 的误差与 t的误差成线性关系。7-29、用直径为 1mm、电阻率 m6.的导线通过盛水容器作为加热元件。试确定，在 ts=100时为使水的沸腾处于核态沸腾区，该导线所能允许的最大电流。解：按下题的计算26max/10.，达到临界热流密度时，每米长导线上总换热量3.1416 0.0011.11063456W，每米长导线的电阻：4./14.32R，按 Ohm 定律，6.248.1352RI,AI7.
34、968。7-30、在实验室内进行压力为 1.013X105Pa 的大容器沸腾实验时，采用大电流通过小直径不锈钢管的方法加热。为了能在电压不高于 220v 的情形下演示整个核态沸腾区域，试估算所需的不锈钢管的每米长电阻应为多少，设选定的不锈钢管的直径为 3mm，长为l00mm。解： kgJr/10.2573，3/4.98mkgl，3/597.0mkgv，mN684， 264143max m/0.7.816.5.7 Wq ）（。达到临界热流密度时，换热总量： Wdl 037.10.14.ax 按照 ohm 定律， RUI2，故该件的电阻67.412UR，即每米长电阻应为 7.6。7-31、 试计算
35、当水在月球上并在 105Pa 及 10X105Pa 下作大容器饱和沸腾时，核态沸腾的最大热流密度(月球上的重力加速度为地球的 16)比地球上的相应数值小多少？解：按式（6-20）， maxq 41g，地球上 Pa0时，26max/0.q，故月球上该压力下66 173.398)6( W；在压力为 P510时， kJr/023， /kgl，3/.5kgv，N/8.424 264143max m/07.6.9810.268.91.53q ）（。两种情形下月球的 maxq均为地球上相应情形下的3.6.41倍。7-32、在一氨蒸发器中，氨液在组水平管外沸腾，沸腾温度为-20。假设可以把这沸腾过程近似地作
36、为大容器沸腾看待，试估计每平方米蒸发器外表面所能承担的最大制冷量。-20 时氨从液体变成气体的相变热( 潜热) kgJr/1329，表面张力 ,/031.mN密度3/604.1kgv。解： 20st时，3/7.6mkgl。由式（6-20）得：4121max )(4vlvrq25413 m/03.860.70.89.19246.3 W）（。 7-33、直径为 5cm、长 10cm 的钢柱体从温度为 1100 的加热炉中取出后，被水平地置于压力为 1.013X105Pa 的盛水容器中(水湿已近饱和) 。试估算刚放入时工件表面与水之间的换热量及工件的平均温度下降率。钢的密度 3/9mkg，比热容Kk
37、gJc/70，发射率 8.0。解：工件置于水容器得瞬间形成了稳定得瞙态沸腾，6021t，由式（6-21），得 )./(7.91005.1067.243.38.4938258.9620 241KmWhr ）（ ）（辐射换热系数按式（8-16）计算： ）（ ）（TTbwbwr 2482140 /.160.0767.)(故 )/(1.573.67.92KmWh。总换热量： Wthdl 50481.27146.35.0)4( 2 。工作得热容量 /9.90.046.32 JclcVp。故平均的温度下降率为 5048/718.897.02 /s 。7-34 如附图所示，在轧制钢板的过程中，当钢板离开最后
38、一副轧滚后，用水(冷却介质) 冲射到钢板上进行冷却，然后再卷板。由于钢板温度很高，水膜离开喷嘴不远即在其下形成汽膜。不考虑运动的影响，并把钢板看成直径为 1.1m 的圆柱表面。试估计每平方米钢板与水的贴壁射流间的换热量。钢板表面的温度 900K，发射率为 0.50。解：用瞙态沸腾换热的公式413)(62.0swvvlctdgrh， swbrTh)(4，3134hr取 0s， 70239t，40271mt，7-35、水在 1.013x105Pa 的压力下作饱和沸腾时，要使直径为 0.1mm 及 1mm 的汽泡能在水中存在并长大，加热面附近水的过热度各为多少?(利用克拉贝龙方程导出最小汽泡半径算式
39、的过程，可见本书第一版 44 节。)解：气泡内介质与周围流体达到热平衡时，有 svTrR1，即 vssRrT1，要使气泡长大，应使 vSsRrT21，100时，有：34 597.01.25706.58 mkgkgJmNv ，因而： ，309.1.271.034t当R1mm， 3综合分析7-36、种冷却大规模集成电路块的方法的示意图如附图所示。集成电路块被浸入一种低沸点的非电介质中，该介质受热沸腾后所产生的蒸汽在其上部空间的竖直表面上凝结。这些表面的温度 tc 维持在低于饱和温度的温度上。今有若干块面积为 25mm2 的集成电路块浸入一种制冷刑中。已知 ts 50，制冷剂物性为3/1650mkg
40、l，KkgJclp/10,， skgl/1085.64， KW.， 1Prl，mN63， Jr/， .wlC， 7，集成电路块的表面温度 tw70。冷凝表面的温度 t0=15(采用其他冷却剂对其进行冷却而得以维持 )，每个冷凝表面高 45mm。试确定：(1)每个集成电路块的发热量；(2)冷却 200 个集成电路块总的所需要的冷凝表面面积(m 2)。解：（1）按 Rohsenow 公式37.1211 Pr)(lwlvl tgrq，把物性和 0v代入得：37.1521354 0.4.2068.90.185.6 q3/689)5/.47(.1mWW26，假设 200 块芯片相互不干扰，则：l 12.
41、8905 。（2）41435413 )50(.0.6.3.)(94.0 wslltHgrh/8190687.5. 241 Km，2/5.231mtq，所需面积为： ./。7-37、平均温度为 15、流速为 1.5ms 的冷却水，流经外径为 32mm、内径为 28mm的水平放置的铜管。饱和压力为 0.024xl05Pa 的水蒸汽在铜管外凝结，管长 1.5m。试计算每小时的凝结水量(铜管的热阻可不考虏 )。解：本题需要假设壁温 wt，正确的壁温值应使管内与管外的对流换热量相等。管内对流换热系数按式（5-54）计算，15的水物性为： )/(587.0KmW， 27.8Pr，s16.2，362105.
42、8Reud，)/(493. 08.0 KmWh ；设 5wt，7.2mt，3/.6gl，)/(10.8476smkgl ， )/(614.0kmW， kgJr/109.433，)/(52.253(92395 41633 Kmh ， WtAll 69.)(841 ，nn 710.0.1.01.0。与 之差大于 3；改设 wt=25.6，则物性变化甚微， oh与 l可以认为不变，于是：n与 1之差小于 2，取6928，冷凝水量： hkgskG/4.10/87.09.243633。7-38、热虹吸管(又称重力热管) 是一种封闭、竖直放置的容器，其沸腾段吸收的热量在其冷凝段放出，如附图所示。今用抛光的
43、不锈钢制成一热虹吸管，d20mm、 mlb2，mllic,。设 1.013xlo5Pa 压力下的饱和水在沸腾段沸腾热流密度 q 是临界热流值的 30。试计算： ()沸腾段的平均壁温 twb；(2)凝结段的平均壁温 twc；(3) 冷凝液的质量流量(kgs)。解：设冷凝段液膜为层流，且按平壁公式计算，计算温度取为100，热虹吸管顶管绝热，3/4.958mkgl，3/597.0kgv， )/(420KkgJCpl ，Jr127N/6.， )/(1.286sml ， )/(683.mWl ，Pl。（1）沸腾段热负荷取 crq的 30： 25/10.7.30。应用 Rohsenow 公式，取 .wlC
44、， n，21Pr)()(lshpvll tgrq， 3214365 Pr)(06.58)9.(910.570.810.3 nlwlshCt， 31032145 75.2.)(6.8).9(3.7. wht，9.406.53.10.)10( 353 wt 29243h， 210wbt。沸腾段总换热量： 522 10.320.1430.1434qdlbW5.57. 。（2）冷凝段：4132)(940wcslltgrh， )()04.2.)(3.4132 wcscsll tttA ， )(15.)(03.15.2868.9794.015 31632 wcswcs tt )()0.)(.3. 341 wcscs tt ，87.0./15)-(4wcst， 6.5wcs， 4.86.15ct 。这一温度与假定值相差太大，影响到物性计算，重设 8w，计算液膜的定性温度为.92810，查得3/.96mkgl，3/49.0mkgv，)/(4KkgJCpl r763N/10.24， )/(18.66sl ，)/(81.0mWl ， Prl。通过类似计算得 731.)(4wcst，5wcst， 7.83.5wct 。可见对 的影
