传热学第七章答案

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10wsttt℃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：rttdhRwse44132729.0wsttdgrh临界雷诺数1600161.9Re434541324343rgttdwsc由100st℃,查表：kgkJr/2257由95pt℃，查表：3/85.961mkgKmW/6815.0smkg/107.2986mgttrdws07.23.976313235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(6—3)表示成特征数间的函数形式，引入伽里略数23glGu及雅各布数wspttcrJa。解：4132)(725.0wslllttdgrh，414123..725.0.)(.725.0raapwspuPJGcttcrvglN。7-2、对于压力为0.1013MPa的水蒸气，试估算在10swttt℃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：)(wspattcrJ，r=KgJ3101.2257，)(4220℃KgJcp，5.53104220101.22573＝　　aJ，)(wspattcrJ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、40st℃的水蒸气及40st℃的R134a蒸气．在等温竖壁上膜状凝结，试计算离开x＝0处为0.1m、0.5m处液膜厚度。设5swttt℃。解：4124rgtxuxlll）（，近视地用ts计算物性，则：对水：635.0l，6103.653lu，2.992l，kgJr3102407；对R134a：0750.0l，66106.49122.114610286.4lu，2.1146l，kgJr31023.163；对水：4124rgtxuxlll）（＝41413261024072.9928.95635.0103.6534x＝41441411610375.1)10573.3(xx，X=0.1、mm10728.7m10728.7562.0101.357(x)254.X=0.5、mm10.1561=m841.010375.15.0101.357(x)44414对R134a：4124rgtxuxlll）（＝41413261023.1632.11468.950750.0106.49124x=41441411610433.2)10506.3(xx，X=0.1、mm10368.1m10368.11.010433.2(x)14414；X=0.5、mm10046.2m841.010433.25.010433.2(x)14414。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l＝1.5m的竖管外表面上作层流膜状凝结。水蒸气压力为Pap5105.2，管子表面温度为123℃。试利用努塞尔分析解计算离开管顶为0.1m、0.2m、0.4m、0.6m及1.0m处的液膜厚度和局部表面传热系数。解：水蒸气Pap5105.2对应的饱和参数：2.127st℃kgkJr/8.2181定性温度：1252/1232.1272/wsmttt℃查表得mKW/106.682)/(106.2276mskg3/939mkg由4124rgxttws＝415226108.21819398.91232.127106.68106.2274x＝mxx34141161000013913.0103913.141324xttgrhwsx41663231232.127106.2274106.68939108.21818.9x4115105917.1x解得x0.10.20.40.61.0δ（㎜）0.0610.0730.0860.0960.109hx1123294457942717763167-6、饱和温度为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：5.442)1150(50mt℃，33.990mkgl，).(641.0kmWl，6105.606lu，r＝kgJ107.23823，设流动为层流，ｈ＝41wfl3l2lt-turg13.1）（L＝)k.m(8.4954115.110606.5641.03.9901023838.913.12416326W66105.60610383.2115.18.495444leruthLR＝226.3＜1600，故为层流。整个冷凝器的热负荷Q=50×4954.8×3.1416×0.0254×1.5×11=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：tm=5.2723025℃，3/2.600mkgl，)./(5105.0℃mWl，)./(1011.24smkgul，r＝kg/J108.11453，由rGthA.，得：tdhrGL.。设流动为层流，则有：ｈ＝41wfl3l2lt-turg13.1）（L＝414143233.537051011.265105.02.600108.11458.913.1LL，代入L的计算式，得：L=4133.5370505.01416.3108.1145009.0L所以L=m293.33.53709.1312943，h=41293.33.5370=3986.6W/(m2.k)，Re=160010861011.2108.11455293.33986.6443＜，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3105Pa、4105Pa、510Pa及610Pa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/（105Pa）0.050.51.010.0tc/（℃）32.481.599.8179.8tm/（℃）34.984102.3182.3ρt/（℃）993.98969.2956.7884.4λt/［W/（m.k）］0.6260.67640.68350.6730ul×106/［kg/（m.s）］728.8379.02277.1151.0r/（KJ/kg）2425230522602015h/［W/（m2.k）］114501393315105161387-9、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：3/4.585mkgl，)./(4583.0℃mWl，710143.2f，先按层流计算，则：ｈ＝）（k.m/43224.40.310143.24583.04.59511438508.913.1241732W，160015874.595102143.011438504.43432246e＜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1.2m．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℃，852wsmttt℃。3/6.968mkgl，)./(677.0KmWl，)/(103356mskgul，kgJr/101.22573设为层流h=41wfl3l2lt-turg13.1）（L=）（k.m/7.45431302.110335377.055.56810257.28.913.12416326W16005.10341033510257.2302.17.54314466