传热学第四版习题答案高教出版社第十章

218第十章思考题1、所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面得管子。设一双侧强化管用内径为DI、外径为D0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。01100001101111000010111112/LN1112/LN1ODDDHDDDDHKDHDDDHT算面积为管外表面传热系数得计算面积为管内表面传热系数得计传热系数得以管内表面为基准得答由传热量公式2、在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同在什么情况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热答在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。3、重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。答传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。5、对于22112211221M1QCQCQCQCQCCQMMMMM及、三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与CQM相对大小的关系。6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些有人认为传热单元数法不需要用到传热方程式，你同意吗答换热器设计所依据的基本方程有MMMTKATTCQTTCQ22221111传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。7、在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。答传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，说明略O8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算答已知流体及换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，对已有的换热器，根据流体参数计算其换热量和流体出口参数的过程叫做校核计算。9、在进行换热器的校核计算时，无论采用平均温差法还是采用传热单元数法都需要假设一种介质的出口温度，为什么此时使用传热单元数法较为方便答用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来体现的，远没有对219平均温差的影响大，所以该法用于校核计算时容易得到收敛的计算结果。10、试用简明语言说明强化单相强制对流换热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想。答无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关键在于增加汽化核心数；膜状凝结换热强化措施是使液膜减薄和顺利排出凝结液。11、在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四个假设习题101、在一气气套管式换热器中，中心圆管的内外表面都设置了肋片，试用下表所列符号导出管内流体与环形夹层中流体之间总传热系数的表达式。基管的导热系数为。000000100000000000000000000011LN2121211LN2111LN211HRRAAHAKTTKAKAAAAAAAHRRAHTTAHAHRRAHAHTITOOITIITOFFITFFRTIFITIITIITIIFFIFRIIFIITII）两式得）（由（，则有热系数对外侧总面积而言的传外侧肋面总效率式中，内侧肋面总效率管长传热量解由热量公式，单位102、已知一有环肋的肋片管、水蒸气再管内凝结，表面传热系数为12200W/K空气横向掠过管外，按总外表面面积计算的表面传热系数为723W/K。肋片管基管外径为254MM,壁厚2MM，肋高158MM，肋厚0318MM，肋片中心线间距为25MM。基管与肋片均用铝做成，169W/（MK）。求当表面洁净无垢时该肋片管的总传热系数。220/2507890,780152262/536011685242114163643275415811697122/38108157121416323810524251416321112021021505121122222210002100KMWKAAARRAHHMMLDAMMRRSDAHAAAAHKFFMN故得查得由图参数解103、一卧式冷凝器采用外径为25MM，壁厚15MM的黄铜管做成热表面。已知管外冷凝侧的平均传热系数/700520KMWH，管内水侧平均的表面传热系数/30042KMWHI。试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数（1）管子内外表面均是洁净的（2）管内为海水，流速大于1M/S，结水垢，平均温度小于500C，蒸汽侧有油。WKMRWKMRWKMDDHWKMHFOFIII/00020/00010191/1064322025430011/10754315700/1/122240240蒸汽含油污垢系数海水污垢系数查得，表由参考文献解KMWDDRRKKKMWDDHDDDHKKMWIFIFWIII2000024400000/11302202500010000209220011112/92200106322025LN10920250107453111LN2111/109传热系数管子内外表面结垢后的时的导热系数管子内外表面均是洁净黄铜的导热系数104、已知一套管式换热器长2M，外壳内径为6CM,内管外直径为4M，厚3MM。内管中流过冷却水，平均温度为40，流量为00016/S。14号润滑油以平均温度70流过环行空间，流量为0005/S。冷却水系统处理的冷却塔水，管壁材料为黄铜。221求内外壁面均洁净及长时间运行结垢后的总传热系数值。解水侧H1的计算40时，314,/106590,/635026PRSMVKMW流动截面积90967RE/7631,10075903407850411242211VUDSMUMDA采用式（554），/7144PRRE023024080KMWDH油侧0H的计算流动的截面积2321222105714MDDA1403/1012226222PRRE861,1857RE444PR,/10334,/14390,/1853WFUULDDHVDUSMVKMWSMAVUWL近似的取为40，则/82242124788028633342020444185702014390861/102863334,/104124788021403/266KMWHSMKGUSMKGUFW于是利用此值重新确定管壁温度，略去壁面热阻不计，则内侧热阻在总热阻中的比值为/218/62251188043119,14103560407003560202101KMWKKMWHUTTRRRWLW因而内外壁都干净时，重新计算得油，水侧均结垢时，取00020,0002010则/173/1/112211100KMWDDHHK105、已知一种用于制冷剂凝结换热的双侧强化管用直径为19、164MM的胚管加工而成，长10M。在一次试验中测得冷却水进出口温度分别为246及292，平均水速为091M/S,按胚管尺寸计算的管内平均表面传热系数为182104W/M2K,管外凝结换热表面传热系数为125104W/M2K,管材为铜。求按胚管外表面计算的总传热系数值。并分析管内水侧采用强化表面后的强化效果。解100101LN211DDDDDHK，取400W/MK,则有/1679410810495310369612563KMWK222若管内不强化，则按DB公式计算时227FT，,/108613026SMV17327RE,875,/6130PRKMW74292,811487517327023014080HNU内侧热阻变为WKM/1069924161974292124可见如不强化内侧热阻要加大5倍左右。平均温压计算106、已知順流与逆流布置。求分别按QM1C1QM2C2及QM1C1MT）一直冷却到接近环境温度TMT。解按长圆柱体散热分析，04802096012012082HDBI01,故可按集总参数法分析。1077、已知采用相变材料（PCM）储能是蓄能技术中最常用的方法。例如，在白天利用太阳能加热水，再将热水流经置于PCM中的圆管使PCM熔化，而到晚上再将冷水流过圆管使其受热。附图示出了一根置于方形容器内的管道在均匀受热后不同时刻其周围相变材料熔化的情形。求试分析所示四个时刻热量传递的机理。265解（A）为纯导热工况；B在管道四周开始形成对流；（C）自然对流进一步加剧；（D）在管道四周形成强烈得自然对流。1078、已知机器人目前已广泛应用于生产过程中，特别对于恶劣的工作环境（高温或低温环境）机器人的作用更加明显。但在温度不均匀的环境中工作时必须对机器人的温度场有一个准确的计算，才能对膨胀，收缩等机械变形有合理的预测；以使机器人的动作能达到预期效果。另一方面，高温环境中机器人的手还应有良好的绝热，以免损失机器人。为了预测在高温中工作的某一机械手的温度场，采用了如图所示的二维轴对称模型。设该机械手的初始温度均匀并为0T,后突然处于高温环境中，其中手的表面于温度为1T的周围介质对流换热的表面传热系数为1H，于温度为HUAN1T的环境发生辐射换热，其表面发射率为1。相应地手臂表面也有上述这些换热，参数各为2T，2H，HUAN2T及2。手臂端部为绝热。求（1）写出该机械手温度场的控制方程，物性均已知（2）写出初始条件及边界条件；（3）如果采用数值方法将计算区域分为手臂，手，侧面绝热层及顶端绝热层4个区分别计算，那么在每两个区相接合的界面上还应补充什么条件解参见教材第十章文献52。1079、已知当人的皮肤散热的热流密度为2MW58时感到热，为2322MW时感到舒服，为6962MW时感到很凉快，而为9282MW时感到冷。把人体简化为直径为03M、高175M的等温柱体，皮肤温度为33。求试确定当风冷温度为70时人的冷暖感觉。解51827033T，0229205110022800236002280，71505110716071207160PR，SM10731110123061111051106111431261112666K5254518273T,1112122323105451106137525453951038910731175170335254189TLGGR852710479801107150105451110GRPR110NU4311131,2/CON2MW07127033916THQ,KMW9167510229208527LNUH266244RADMW3417334098166887675850032063Q22MW928MW1053341712Q。此时人体感到很冷。1080、已知冶金工业中直流电弧炉的底阳极及其附近情况如图。底阳极本身为一直径为400MM、高530MM的钢棒，其与铁水直接接触的一端有厚1的一层已熔为液体。底阳极另一端用却水冷却，要求其表面温度不高100。底阳极中按温度的不同可分出三个区域MM1061的液层，其）（KMW381；厚MM41312的一层，温度从1200降到860，）（T00470164KMW2；厚MM62923的一段，温度从860降低100，）（T004701316KMW3。冷却水入口温度为30，出口不能高于60。求需水量多少解假设底阳极得导热（从1500100）可按一维问题处理，冷却水带走的热量分为两部分，即导热热量及由于焦耳楞茨效应的发热量，严格讲本题是有内热源的一维导热问题，现近似地分别计算由于温差形成的导热热量及由于电流形成的焦耳楞茨热量。（1）导热热量KMW052821200860000701642,KMW5422100860000701643,W117180150060841751044231067024108946140016078508301060052813105422930100150040433322焦耳楞茨热W5531084312000RIRI622MAX2KW271255311718/,水的比热取45时的值4174,HKG353SKG098009799503060417412271M1081、已知为了判断水平管中两相流动结构流态,文献54中提出如图所示的方法用很细的材料直径为5微米左右做一对热电偶并装入到要测试是管子中图中A。根据所测得的热电势信号随时间的变化曲线，可以庞大相应的流动状态。设液体温度为LT，汽相温度为VT，且VTLT，热电偶接点置于管子中心线处。求对附图2所示的四中流动结构，试利用传热学的基本知识分析热电偶所测得的热电信号随时间是怎样变化的，并定性地画出温度（热电势）随时间变化的曲线。解参见本章参考文献54。1082、已知直径为10MM的铜导线运行在环境温度为20、表面传热系数为）（KMW102的环境中，其表面温度保持为80。今用导热系数K2MW160的环境中，其表面温度保持为80。今用导热系数KMW160的绝缘材料包覆的铜导线。求试确定当绝缘层外形分别为圆柱形及正方形时的临界绝缘层厚度，并比较单位体积绝缘层材料所获得得散热量。267解1包圆形绝热层时,临界直径应满足1HR,2HDBIC0,CM61RM,016010160HRCC即。最大散热量为MW92715326099520157616010160143211601432516LN2080HR212DDLNTTLC1OC1MAX（2）包正方形绝热层时，如图，从导线到空间的传热包括导热对流。采用导热形状因子。S1T，L2DB081LNS1R，总热阻BLH41L2LNBDB081LNBLH41L2DB081LNR，B的临界值使0DBDR，于是有0B1LH41B1L212，由此地H2BCR，M025120101602143BCR。形状因子32699330286010025120081LN11432DB081LNL2S，2LMW24309841160955209889060025120104116032612080HB41S12080每1CM长绝缘层所用材料为圆形322CM25375061V；四边形322CM525578503106501435122V。每13CM材料所对应的最大散热量为圆形32VCMW038401084325370108727Q；正方形3VCMW0547052550102430Q。可见为了达到较大散热量采用方形比圆形更节省材料。小论文题目1083、对于附图所示的双层玻璃窗，试计算在一个黑暗的冬夜玻璃窗的散热损失。已知条件为MMMMAG84，；玻璃高15M，宽3M。在宽度方向离开玻璃2M处为墙角，有一股冷风沿着墙面从该墙角吹过窗子外表面。，2010FIFOTT，玻璃的导热系数078W/MK。设对于波长大于3UM的辐射能，玻璃的光谱吸收比（）1。气体外略平板湍流边界层换热时，若加热段之前有一段非加热段L0，以非加热段起点到所研究地点的距离L作为NU及RE的特征长度，而在加热段内的平均换热特征可按下式计算268752080401RE0280LLNULL解本体涉及到全部热量传递的公式，由于温度低于300K,物体辐射主要在M10的红外射线区，此时玻璃可视为不透明体，而且近似地当作黑体处理。如图所示玻璃单位面积上的散热量为HHHTTGGGGIFMFI111。其中H为空气夹层的总表面换热系数，包括辐射与对流，OIHH与也包括辐射与对流，为了计算这些量必须加顶1212IIOOTTTT，为此必须迭代计算。一、第一步计算设。，20100102112PIIOOTTTTTT1、计算室内空气中总表面传热系数IH；2、空气定性温度15MT，MKW02550，SM26106114，7040PR，1610720M，96631079743106114107205115273189RE，9103945PRREGR，159991581079743029203909JNU，KMWHO2170325102550159，283293283293106752231121212OIOOTTTTHKMW2842541945576800898584910675。KMWHHHIII22112287032425。2、夹层中的，。5MTHMKW02480，SM26107213，2691610419M,20001678107213104191081052731896633RA，为纯导热过程，KMWHC213008002480，KMWTTTTHOCOCOI22262287428327328327310675KMWHHHCRCR297713874。3KHO2682273263定性温度，即5MT，MKW02400，SM26108612，56610210944110861255RE，310440401109441028052401RE028075280675280LNUKMWHC290145024003104，KMWHR222837427326327326310675。KMWHHHCRO21927199014374。259993012030052601255112310301919771122811020MWQ。二、由上述之值计算各点温度。，31212285999IFIFOHTT5105999780004021IITT，51297759992CAVOFIHTT，5100201TT，2451959992FOOTT。于是可以进行第二次迭代计算，取定10FOT，512OOTT，812IITT，20FIT。1、物性参数变化不大，仍按上次计算值选用。4663105734106114107205112287189PRGR，95170105734029203909NU，270KMWHIC2912510255095170，KMWHOT222836528129328129310675。KMWHHHICIRI22748365912。2、511PCAVTH，MKW02450，SM26104113，16109818MA，20006933104113109818108135274189PR6633GGR，为纯导热过程。KMWHC20633008002450，KMWHR2228694426828126828110675。KMWHHHCRCAV2757769440633。3、57MOTH，MKW02380，SM26106512，16107517MA，56610210932110651255RE，30881093210280806NU。KMWHC2700145024203088，KMWHR2228245426826326826310675。KMWHHHCFO29451870142455。216990527801289101208603094518175771274811020MWQ。可见与上述一计算相差很小，所以总损失WAQ446299351。1084为了有效冷却一圆筒形的燃烧室，在其外壁上设置了一个带肋环的铝制夹套，如附图所示。燃烧室内燃烧产物与内壁热交换的结果相当于使内壁净吸收热流密度Q105W/M2。燃烧室壁面的30W/MK，铝材的240W/MK。环肋受气流冷却，H0105W/M2K，TFO35。（1）铝夹层与燃烧室外壁接触良好，试计算TI、T1、及TR之值；（2）设接触热阻存在，且RC2104M2K/W，试重新计算TI及TR。翅片厚3MM，两翅片中心间的距离为8MM。解MMRO596，3811RRA，MMTHHC52651252，25793526MMTHACP，2162321231057924010502650KAHHC27132001874004314001908010500431402