传热学课后题答案整理

3－15一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为5000C，)/(210KmW，3/7200mkg，)/(420KkgJc，初始温度为250C。问当它突然受到6500C烟气加热后，为在1min内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的表面换热系数为)/(122KmW。解：采用集总参数法得：)exp(0cvhA，要使元件报警则C0500)exp(65025650500cvhA，代入数据得D＝0.669mm验证Bi数：05.0100095.04)/(3hDAVhBi，故可采用集总参数法。3－31一火箭发动机喷管，壁厚为9mm，出世温度为300C。在进行静推力试验时，温度为17500C的高温燃气送于该喷管，燃气与壁面间的表面传热系数为)/(95012KmW。喷管材料的密度3/4008mkg，导热系数为)/(6.24kmW，)/(560KkgJc。假设喷管因直径与厚度之比较大而可视为平壁，且外侧可作绝热处理，试确定：（1）为使喷管的最高温度不超过材料允许的温度而能允许的运行时间；（2）在所允许的时间的终了时刻，壁面中的最大温差；（3）在上述时刻壁面中的平均温度梯度与最大温度梯度。9993.0cossin2cossinln43605.017503017501000)1(76921.07134.0211111101FohBim＝解：mCxxdxxxtmChxtxtCsFocFommxmm/65532)176921.0(cos009.017509.2931000)1(cos)cos()(11/45159)3(9.293)76921.0cos11)(17501000()cos11()2(5.150101000max01max22无限长圆管6－1、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)/(99.3659.293.381195))((/85.2003.6885.3406.15))((680.0Pr,/1093.3,/1085.34200703.0Pr,/1059.2,/1006.15C2020020Re212212212221122211222262121261KmWllhhNuNusmullululuKmWsmCKmWsmCClll6－8、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212dd，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：2.04.04.06.04.0~huchp，对一种情形，21212,dduu，故：%7.28218.18.1128.02221112.0218.0212.022.018.028.0121ddufufdduudduuhh。若流体被冷却，因Pr数不进入h之比的表达式，上述分析仍有效。6-19、已知：水以1.2m/s平均速度流入内径为20mm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/2.1md020.0（1）45)7020(21ft℃17.3950610675.002.02.1Re6vudf0.80.40.80.40.023RePr0.02339506.173.952189.05fffNu)/(77.606302.01015.6405.1922kmWdNhum（2）896.164925.317.39506023.0023.03.08.03.08.0reuPRN)/(05.528902.01015.64896.16422kmWhm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。6-70、已知：对燃气轮机叶片冷却的模拟实验表明，当温度35t1℃的气流以smu/601的速度吹过特征长度ml15.01、壁温3001wt℃的叶片时，换热量为1500W。现在有第二种工况：35t2℃、smu/402、ml225.02、3402wt℃。两种情况下叶片均可作为二维问题处理，计算可对单位长度叶片进行。求：第二种工况下叶片与气流间所交换的热量。解：21221112121212,225.040Re,15.060Re,httAAh，6667.0225.015.0,,ReRe1221122121llhhNuNu即。对二维问题换热面积正比于线形尺度（即以单位长度叶片作比较），因而有：W17261500151.1,151.1353003534015.0225.06667.0212。8-1、一电炉的电功率为1KW，炉丝温度为847℃，直径为1mm。电炉的效率为0.96。试确定所需炉丝的最短长度。解：5.67×341096.0100847273dL得L=3.61m9-6、试用简捷方法确定本题附图中的角系数X1,2。2,121,212,1221,2211,21,2(1)1223/40.4244(2)10.52(3)20.5/40.125(4)0.5XARXARXARXARXX解：因为因为参考（），具有对称性，＝假设在球得顶面有另一块无限大平板存在，由对称性知＝9-35设有如附图所示的几何体，半球表面是绝热的，底面被一直径（D＝0.2m）分为1、2两部分。表面1为灰体，11550K0.35T，＝；表面2为黑体，T2=330K。试计算表面1的净辐射损失及表面3的温度。解：网络图如下：212,33,1212,323,13,21,32,32212342142210.520.5/20.2511113.140.20.015724820.06285505.67()5188.4W/m1007305.67()6272W/m100bbRXXXRXXXXADAREE2111233,133,212213334333110.35118.3m0.350.01571163.7m15188.4672.418.38W118.363.725188.41843.24W/m118.363.7()424.6K100bbbbbbbAAXAXEEREEEERTET表面的净辐射损失：由又。1，2表面间的辐射换热量是由于绝热表面3的存在而引起的。10-9、已知CtCtCtCt2001002103002211，，，，试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差：（1）逆流布置；（2）一次交叉，两种流体均不混合；（3）1－2型壳管式，热流体在壳侧；（4）2－4型壳管式，热流体在壳侧；（5）顺流布置。CtCtttttRttttPCtttttttttttmmrrmr2.8985.09.10485.01591)3(5.9692.09.10492.017919.01002002103005.0100300100200)2(9.104)100/110ln(100110)/ln(1002003001101002101221121221121211＝查得－，图由参考文献＝查得－，图由参考文献）解：（CtttttttttttCtrrmrm4.63)10/200ln(10200)/ln(10200210200100300)5(8.10197.09.10497.01691)4(1121211＝查得－，图由参考文献