1、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 2xA，因此仅适用于边界层内，不适用整个流体。3、式（54）与导热问题的第三类边界条件式（217）有什么区别？答：0yth（54） )()fwtht（211）式（54）中的 h 是未知量，而式（217）中的 h 是作为已知的边界条件给出，此外（217）中的
2、 为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（54）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（54）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
3、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： xRe1解：对于流体外标平板的流动，其动量方程为：21xyuvdyuvx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 则有 211v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，为使等式是数量级
4、为 1，则 必须是 2量级。x从量级看为级 1Re2vxux量级两量的数量级相同，所以 x与 xRe成比例5-2、对于油、空气及液态金属，分别有 1rP， r， 1rP，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 x与的相对大小） 。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） 21wq；（2） 2wq；（3） 01w。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。 cht。求：定性地画出空腔截面上空气流动的图像。解：5-5、已知
5、：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
6、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 40 m ，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510Rec， smu/。求：以上三种介质达到 时所需的平板长度。解：（1）25的空气 v=15.53 6s/2xue=561053.1x=7.765m（2）25的水 smv/902 x=0.45275m（3）14 号润滑油 /17.326 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
7、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） 。解：20的水 smv/106.2 su/（1）x=10cm=0.1m 610.2Revx=19880.72 小于过渡雷诺数 xRe. 按（ 522）muvx 3646.210.64.4 设3)(213yyyyyy dyudududm )(21330000 =843)(81430342=998.2 2 85=1.298 2/mkg（2）x=20cm=0.2m 610.Rex=39761.43 （为尽流）3647.210.64.4uvxm8
8、3.5.980 yxdm2/kg5-10、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。解：（1）动量方程式简化为 02dyuxp，y=0, u=0, y=H, yu， 为上板速度。平行平板间的流动 。积分两次并代入边界条件得H。（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： tkytxuc2,对于所研究的情形， 0， xt，因而得02dyt，y=0, 1wt,y=H, 2wt,由此得121wwtHyt。5-11、已知：如图，外掠平板的边界层的动量方程式为： 2yuvxu。求：
9、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 的积分dyuvdxu0200根据边界层概念 y ,故在该处.,2yuxu则有dvdy0200（ 1）其中yuvyu00由连续行方程可得 dyxuvdyuyv 000;所以 000（2）又因为 002yuvdyv.（3）（1） （2）代入（3） 0000 dyudxyudx故边界层的动量积分方程为00yvu5-12、已知： Pa5103.、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
10、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652301mtKW/09., 9.Pr， sm/105.26， 3/045,1mkg。（1） cx3处，3830Rexusv /21158.705动量边界层厚度 m35.03.645t 9809.Pr31312522 610Re. skguxw KmWxhx 25312 6.19.038.0.29.Pr3.0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.
11、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 处测得局部表面传热系数为 149 2mW试计算该处的 fxxcjSt,Nu,Re之值5-16、已知：将一块尺寸为 m2.0.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 su/4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 0.075N 的力。此时气流温度 t，平板两平面的温度 120wt。气体压力为Pa310.。 求：试据比拟理论确定平板两个表面的对流换热量。解：PamN9375.0/975.2./2，边界层中空气定
12、性温度为 70，物性： 694.0Pr,/102.,/1,/0.1263 smKkgJckgp利用 Chilton-Colburn 比拟： 3/2423/2 Pr2,9.5/409.1372/Pr pfhffb cujuStcj KmWuhpf 2 3/24/1.30276. 6.95 WtAw 9.2401.。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
13、-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 Pa5106，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）m5.23（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 cm70平板置于 30的空气气流中，
14、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
15、述该现象的同名特征数（准则）对应相等。（1） 初始条件。指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。（2） 边界条件。所研究系统边界上的温度（或热六密度） 、速度分布等条件。（3） 几何条件。换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。（4） 物理条件。物体的种类与物性。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（
16、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
17、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9简述 数数 ，数 ， GrNuP的物理意义 BiNu数 与 数有什么区别？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61 、在一台缩小成为实物 1/8 的模型中，用 200C 的空气来模拟实物中平均温度为2000C 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/(m2K)，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？用 价 值
18、的 。这 样 的 模 化 试 验 是 有 实分 相 近数 并 不 严 格 相 等 ， 但 十型 与 流 体 的上 述 模 化 试 验 ， 虽 然 模得 ：又由 ： 时 的 物 性 参 数 为 ：和空 气 在 应 相 等实 物 中 的根 据 相 似 理 论 ， 模 型 与解 ： Pr)/(9.365.2819)( /8.034065)( 680.Pr,/193.,/18.3420 73052065C2Re2122212 226 111 KmWlhNuslul KmWsmCl 62、对于恒壁温边界条件的自然对流，试用量纲分析方法导出： Pr),(GfNu。提示：在自然对流换热中 tga起相当于强制
19、对流中流速的作用。101)(0)(347)213 12131322211132 121321 adcbLTMTMLtgcthrn LTMLLTMTMctghdcbdcb dadcbadcb，解 得 ： 展 开 ： 则 各 准 内 涵 表 达 式 如 下 ，解 ： Pr)(Pr/0313/)(22/3/10/)(003 322 3233313 022321 2232001，即 原 则 性 准 则 方 程 ： ， 得 ：各 系 数 乘 以 ， GfNuctgcLadbMTTLLGrtgtLadcbTTLNuhtghcbdcbca ddcbcba d 63、试用量纲分析法证明，恒壁温情况下导出的 P
20、r),(GfNu的关系式对于恒热流边界条件也是合适的，只是此时 r数应定义为 24/qlgr。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 ),(1pclgfh，仍以 l,为基本变量，则有：hldc111；22222 215131 151312L cchdch dchTMLMTLLql ， ， b， 4d得 Grlglqg244212；Pr,333 、GfNucclppdhj 。64、已知：对于常物性流体横向掠过管束时的对流换热，当流动方向上的排数大于10 时，试验发现，管束的平均表面传热系数 h 取决于下列因素：流体速度 u ；流体物性p
21、c、 ；几何参数 21sd、 。求：试用量纲分析法证明，此时的对流换热关系式可以整理为：dfNu/PrRe21、解：基本物理量有 h、 u、 、 、 、 pC、d、 1s、 2、共九个，基本量纲有4 个（时间 T、长度 L、质量 M、温度 Q） ，n=9， =7。方程有五组，选取 d,为基本物理量，得：111cbahu222d333cbap4441dus5525cba31minTMQhdLmin 1minTMLd iL1iTud 111131 dcbacacdc 222222 dLT3333313 dcbacacdcQ44444 1dM555553dcbacacdcLT上式等号左边为无量纲量，
22、因此等号右边各量纲的指数必为零（量纲和谐原理） ，故得：03111dcba101badc0301222dcbacd1022badc020133dcbadc033bac010444dcbacd0144badc0130555dcbacd155badc因而得：Nunduh0101Re/1012 dPr103ppcucdsds10104u201025因此 )(21scfhp的关系式可转化为：.PrRedNu65、已知：有人曾经给出下列流体外掠正方形柱体（其一面与来流方向垂直）的换热数据：Nu Re Pr41 5000 2.2125 20000 3.9117 41000 0.7202 90000 0.7
23、求：采用 mnCNuPrRe的关系式来整理数据并取 m=1/3，试确定其中的常数 C与指数 n 在上述 Re 及 Pr 的范围内，当方形柱体的截面对角线与来流方向平行时，可否用此式进行计算，为什么？解： 由 mnure有PrlgRellglCN根据实验数据有： 1与u成线性关系ulgelg rlgmrlg31lNuRelg1.62 3.699 0.1141 1.5059 3.6992.0969 4.3010 0.1970 1.8999 4.301 2.0681 4.6128 -0.052 2.1201 4.61282.3054 4.9542 -0.052 2.3574 4.9542678.09
24、.3542.17nClg为直线在纵坐标上的截距。不能将上述关联式用于截面对角线与来流平行的情形，因为两种情形下流动方向与物体的相对位置不同。66、已知：如图，有人通过试验得了下列数据： smu/15， KWh2/40， smu/02， KWh2/50。设nCNPrRe。特征长度为 l。求：对于形状相似但 1的柱体试确定当空气流速为 15m/s 及 20m/s 时的平均表面传热系数。四种情形下定性温度之值均相同。解：(1);5.701uRe,205.411 fffff Lu (2);.2,.22 fffffN(3);15Re,3 ffflhu(4) fflhNu20Re,44。nmCPre，对四
25、种情况， mC、 nPr均相同，由 1、2 两情形得：nmff nffPr1025.7，由此得：m105.72，m=0.766。由（3）得：nffChr576.03，与（1）相除得： KmWhhhff 276.0376.0376.0.3 /5.342,52,/5.1/20；由（4）得：nffCPr76.04，与（1）相除得： Khhhff 276.0476.0476.0. /81.412,52,/5.2/0KmW23， KmW24/8.。管槽内强制对流换热67、已知：（1）边长为 a及 b 的矩形通道：（2）同（1） ，但 ab；（3）环形通道，内管外径为 d，外管内径为 D；（4）在一个内径
26、为 D 的圆形筒体内布置了 n 根外径为 d 的圆管，流体在圆管外作纵向流动。求：四种情形下的当量直径。解：ndDndDddbabdmmm2222243422168、已知：一常物性的流体同时流过温度与之不同的两根直管 1 与 2，且 21d，流动与换热已处于湍流充分发展区域。求：下列两种情形下两管内平均表面传热系数的相对大小：（1）流体以同样流速流过两管：（2）流体以同样的质量流量流过两管。解：设流体是被加热的，则以式（5-54）为基础来分析时，有： 2.04.6.hucp，对一种情形， 2121,du，故： %7.281.8.1.02.028.12.018.21 fdd。若流体被冷却，因 P
27、r 数不进入 h 之比的表达式，上述分析仍有效。69、已知：变压器油 3/85mkg， 490Pr ,/08.25s。在内径为 30mm 的管子内冷却，管子长 2m，流量为 0.313kg/s。求：试判断流动状态及换热是否已进入充分发展区。解：23095108.350.146.3Re dum，流动为层流。按式（5-52）给出的关系式， 6784PrRe，而 .7/2l ，所以流动与换热处于入口段区域。6-10发电机的冷却介质从空气改为氢气厚可以提高冷却效率，试对氢气与空气的冷却效果进行比较比较的条件是：管道内湍流对流传热，通道几个尺寸，流速均相同，定性温度为 50，气体均处于常压下，不考虑温差
28、修正50氢气的物性数据如下： kgKJcPasmKWmkg p36.14,104.91042.9075. 63 ，611、已知：平均温度为 100、压力为 120kPa 的空气，以 1.5m/s 的流速流经内径为 25mm 电加热管子。均匀热流边界条件下在管内层流充分发展对流换热区 Nu=4.36。求：估计在换热充分发展区的对流换热表面传热系数。解：空气密度按理想气体公式计算3/12.37280mkgRTp，空气的 与压力关系甚小，仍可按一物理大气压下之值取用，100时： ,23019025.9.1Re,/109.2 66 smkg故为层流。按给定条件得：KmWdh 2/6.502.316.4
29、3.。612、已知：一直管内径为 2.5cm、长 15m，水的质量流量为 0.5kg/s，入口水温为10，管子除了入口处很短的一段距离外，其余部分每个截面上的壁温都比当地平均水温高 15。求：水的出口温度。并判断此时的热边界条件。 解：假使出口水温 50“t，则定性温度302521“ ttf，水的物性参数为 4.Pr,/1.8,/618.06smkgKmW。10375.802.4.3Re d。因 15fwt，不考虑温差修正，则 7.82.4.8.fNu，KmWduhf /9.46025.178, kWtlfw 94.78150231 。另一方面，由水的进口焓 kgJi/ ，出口 gJi/3“，
30、得热量im67.8304.2395.0“2 。1，需重新假设 “t，直到 1与 相符合为止（在允许误差范围内）。经过计算得 .47“t， kW.782。这是均匀热流的边界条件。613、已知：一直管内径为 16cm，流体流速为 1.5m/s，平均温度为 10，换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于 10，流体被加热。求：试比较当流体分别为氟利昂 134a 及水时对流换热表面传热系数的相对大小。解：由附录 10 及 13，10下水及 R134a 的物性参数各为：R134a： 3.915Pr,/1028.,/08. 26smKmW ；水： 5.9r,/1036.,/574.0s；
31、对 R134a： KmWh 24.08.056 /3.168913123.0,.Re对水：KmW24.00.86 /541675291370.2h,.5Re对此情形，R134a 的对流换热系数仅为水的 38.2%。614、已知： Pa5.下的空气在内径为 76mm 的直管内流动，入口温度为65，入口体积流量为 sm/023，管壁的平均温度为 180。求：管子多长才能使空气加热到 115。解：定性温度9156ft，相应的物性值为： 3/972.0mkg690.Pr,15,/03.,/09.1 62 sKmWKkgJcp 在入口温度下， /4kg，故进口质量流量： skgsm/198.05./2.
32、 233 ，4620716.984Re d，先按 60/dl计， KmWhNu 24000 /.7.315,73空气在 115 时， KkgJcp/9.，65时， kgJcp/。故加热空气所需热量为： tmp 3.162507.150.1028. 33“ 采用教材 P165 上所给的大温差修正关系式： 8.45361802739.0.5.0 wftTc。所需管长： mtdhlfw 96.2018.062.46.13807/9.2/ ，需进行短管修正。采用式（5-64）的关系式：5.11.lcf， 所需管长为 2.96/1.0775=2.75m。615、已知：14 号润滑油，平均温度为 40，流
33、过壁温为 80，长为 1。5m、内径为 22.1mm 的直管，流量为 800kg/h。80时油的 smkg/104.28。求：油与壁面间的平均表面传热系数及换热量。 解：40时 14 号润滑油的物性参数为： 152Pr,/102.4,/7.80,/146.0 263 smkgKmW，80时 32Pr，符合本书第二版式（4-64）的应用范围，于是：4.025.043.05. /Pr/rRe46.0ldNuwff ，2.13.17.8.1.6e 6dm，9.670/5/,92Pr. l处于入口段状态， .432/5r/wf ，于是：5.32./1/1.146.04025.0.00 NuKmWh22
34、.3WAt 89.4080.46.35616、已知：初温为 30的水，以 0.875kg/s 的流量流经一套管式换热器的环形空间。该环形空间的内管外壁温维持在 100，换热器外壳绝热，内管外径为 40mm，外管内径为 60mm。求：把水加热到 50时的套管长度。在管子出口截面处的局部热流密度是多少？解：定性温度40253ft，查得： mdD KkgJcskgKWp2046 ,4.31Pr,/417,/1.,/5.0c 6 6023.650.3284Re22 c，skgw/15.86，流体被加热，按式（5-56） ，有：1.5 5.28/3.61.416702./Pre027, 10/8.1.0
35、3/18.0wffNuKmWh2/4.6.。由热平衡式 fwfwp tdlhtAhtc“，得： mtdhlfw 2.3014.3650.14.387 。管子出口处局部热流密度为 2/8kWthq617、已知：一台 100MW 的发电机采用氢气冷却，氢气初始温度为 27，离开发电机时为 88，氢气为 sgKkgJcp /107.,/24.14。发电机效率为98.5%。氢气出发电机后进入一正方形截面的管道。求：若要在管道中维持 510Re,其截面积应为多大？解：发电机中的发热量为 WQ666 10这些热量被氢气吸收并从 27上升到 88，由此可定氢的流量 G：skg/72.1,05.27824.1
36、63 。设正方形管道的边长为 L，则有510LuG，其中:mu985.10087.21, 5452 。618、已知：10的水以 1.6m/s 的流速流入内径为 28mm、外径为 31mm、长为 1.5m的管子，管子外的均匀加热功率为 42.05W，通过外壁绝热层的散热损失为 2%，管材的KmW/18.求：（1）管子出口处的平均水温；（2）管子外表面的平均壁温。 解：10水的物性为： 3/7.9kg19.4pc 2104.57 6103.vP05.2 WP9%)(放（1）设出口水平均温度为 15，20水2.98 183.4pc 2109.5 610.v15水的物性：7. 7.p 26. 65.2
37、8rP管截面积 22106154.4. mssV/9870.03skgG/98 .kgkWtCtCPp 9.41)(41.)(212 设出口温度为 2005.)83.0.(983.0与 41.099 接近，故出口平均水温为 20（2）管内壁的传热面积为：2138.05028. mS1ft153.87541056.Revudf8.2507.8.2.023.4.04.8 reuPN)/(.53.06kmWdhm74129.41 fwtSt/)ln(121dtw12 5.14328/)02ln(09.4/l12 ww tt .5.736.46-19、已知：水以 1.2m/s 平均速度流入内径为 20
38、mm 的长直管。 （1）管子壁温为 75，水从 20加热到 70；（2）管子壁温为 15，水从 70冷却到 20。求：两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。解： smw/.1 md02.（1）45)72(ft17.390616.0Re6vuf80.40.80.423ePr25395218.fffN)/(7.6.5kmWdhum （2） 896.14925.31.39502023.08.3.08.reuR)/(16491 khm 因为加热，近壁处温度高，流体粘度减小，对传热有强化作用，冷却时，近壁处温度低，流体粘度增加，对传热有减弱作用。6-20、已知：一螺旋管式换热器的管子内径为 d
39、=12mm，螺旋数为 4，螺旋直径D=150mm。进口水温 20t，管内平均流速 u=0.6m/s，平均内壁温度为 80。求：冷却水出口水温。解：此题需假设 “t进行计算。经过数次试凑后，设 63“t，则5.41260ft，物性值： KkgJcsmKmWp/417,/10654.,/3. 2695.Pr/70,9 kgkg ，46972Reud。每根管长： 1502./8.1/,85.1.0146.34dlmDl，63 0.3,4.7.0/2.3/.0 wpRdc 采用式（5-56）得：75.824.1.5/.60195.097.12.03/8.04Nu，KmWh22/6358 ,传热量: k
40、WtAh 96846.1 ,热平衡热量: tucdp 07.126317.09201.785.4“2 1与 2相差小于 1%，故 63即为所求之值。6-21、已知：如图为现代储蓄热能的一种装置的示意图。h=0.25m， ml，圆管直径为 d=25mm，热水流过，入口温度为 60，流量为 0.15kg/s。周围石蜡的物性为：熔点为27.4，溶化潜热为 L=244Kj/kg， 2/70mkg。假设圆管的温度在加热过程中一直处于石蜡的熔点，求：把该单元中的石蜡全部溶化热水需流过多长时间。解：假定出口水温为 40C，则水的定性温度为 50C 水的物性参数KmW./648.0 KgJCmkgspap./
41、417,5.3Pr,/1.98,159;6 2301954Rednqm所以管流为湍流故 KWdNuh./17946Pre.023.08.又因为 ,5./l所以 1306., tmfl CttC热平衡方程ffpfqhA其中dlttfff ;2/1所以可得 5.43ftC与假定 0fC 相差较大，在假设 5.1ftC，水物性参数 KmW./65.0KgJCmkgspap/47,63Pr,/.987,.15.376234Rednqm，是湍流因水被冷却KWNuh./1808rRe0.23.0.,625./3dl 1,306.2, tmfl CttC热平衡方程ffpmfqtA其中dlttfff ;2/1
42、所以可得 4.3ftC壁温与液体温差 1,30.2twf ctt水与石蜡的换热量为Wcqffpm8.951而牛顿冷却公式 thAwf04322热平衡偏差%58.1/21 故上述计算有效 4.3ftC为使石蜡熔化所需热量为 WJVrQ9.10432/15.27所需加热时间 min562/s空气定性温度 )(ttwmC6-22、已知：在管道中充分发展阶段的换热区域0xthw。无论 wt或 b均可是轴线方向坐标 x 的函数，但上述无量纲温度却与 x 无关。求：从对流换热表面传热系数的定义出发，以圆管内流动与换热为例，证明在充分发展换热区常物性流体的局部表面传热系数也与 x 无关。解：设在充分发展区，
43、rftbw，则：constRftrdrbwR（此处 R 为管子半径） ，于是：sttrxhbwR6-23、已知：如图，一电力变压器可视为直径为 300m、高 500mm 的短柱体，在运行过程中它需散失热流量为 1000W。为使其表面维持在 47，再在其外壳上缠绕多圈内径为20mm 的管子，管内通过甘油以吸收变压器的散热。要求外壳温度维持在 47，甘油入口温度为 24，螺旋管内的允许温升为 6，并设变压器的散热均为甘油所吸收。27时甘油的物性参数如下： KkgJcmkgp/247,/9.1252680Pr,860,/09.7 Ws。47时甘油的k522。求：所需甘油流量、热管总长度以及缠绕在柱体上的螺旋管的相邻两层之间的距离 s。解：假设：1、略去动能与位能的变化；2、略去管壁阻力。由热平衡，取 6温升，找出质量流率： skgtcqWtcqpmpm /0687.2410,10“ 48.5109.72.014368Re2dqm，所以流动为层流。设流动与换热处于层流发展段，因为 /3/dD，略去弯管作用不计，采用齐德-泰特公式，先假设长度，计算出 h，再从传热方程予以校核。设 L=6m， 17.206.9846.195.207/6084.5
