传热学作业.ppt

华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/131工程传热学作业工程传热学作业明廷臻明廷臻能于与动力工程学院能于与动力工程学院华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/132第五章第五章5-4 一一常常物物性性的的流流体体同同时时流流过过温温度度与与之之不不同同的的两两根根直直管管1与与2，且且d1=2d2，流流动动与与换换热热均均已已处处于于紊紊流流充充分分发发展展区区域域。试试确确定定在在下下列列两两种种情情形下两管内平均表面传热系数的相对大小：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；）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。）流体以同样的质量流量流过两管。解：设流体是被加热的，则以下式为基础来解：设流体是被加热的，则以下式为基础来分析分析华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/133对第一种情形，对第一种情形，u1=u2，d1=2d2，则，则 有有对第二种情形，对第二种情形，m1=m2，d1=2d2，因为，因为 华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/1345-9 水水以以1.2m/s的的平平均均流流速速流流过过内内径径为为20mm的的长长直直管管。(1)管管子子壁壁温温为为75，水水从从20加加热热到到70;(2)管管子子壁壁温温为为15，水水从从70冷冷却却到到20。试试计计算算两两种种情情形形下下的的表表面面传传热热系系数数，并讨论造成差别的原因。并讨论造成差别的原因。解：定性温度解：定性温度tf=(20+70)/2=45，=0.6415w/m，v=0.607510-6m2/s，Pr=3.925 华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/135当水被加热时，当水被加热时，当水被冷却时，当水被冷却时，华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/1365-11 现现代代贮贮存存热热能能的的一一种种装装置置的的示示意意图图如如图图所所示示。一一根根内内径径为为25mm的的园园管管被被置置于于一一正正方方形形截截面面的的石石蜡蜡体体中中心心，热热水水流流过过管管内内使使石石蜡蜡溶溶解解，从从而而把把热热水水的的显显热热化化为为石石蜡蜡的的潜潜热热而而储储存存起起来来。热热水水的的入入口口温温度度为为60，流流量量为为0.15kg/s。石石蜡蜡的的物物性性参参数数为为：熔熔点点为为27.4，熔熔化化潜潜热热L=244kJ/kg，固固体体石石蜡蜡的的密密度度s=770kg/m3。假假设设圆圆管管表表面面温温度度在在加加热热过过程程中中一一直直处处于于石石蜡蜡的的熔熔点点，试试计计算算该该单单元元中中的的石石 蜡蜡 全全 部部 熔熔 化化 热热 水水 需需 流流 过过 多多 长长 时时 间间？（b=0.25m，l=3m）华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/137解解：为为求求得得所所需需加加热热时时间间，需需知知道道该该管管子子的的换热量，因而需知道出口水温换热量，因而需知道出口水温t”。设出口水温设出口水温t”=40，则定性温度，则定性温度 tf=(t+t”)/2=50查表得物性：查表得物性：=0.648w/m，=549.410-6kg/ms，Pr=3.54，=988.1kg/m3，Cp=4.17410-3J/kg。华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/138因为液体被冷却，由公式得：因为液体被冷却，由公式得：由热平衡关系可得：由热平衡关系可得：代代入入数数据据，得得t”=43.5，此此值值与与假假设设值值相相差差太太大大，故故重重设设t”=43.5，重重新新进进行行上上述述计计算算步步骤骤，得得t”=43.3。此此值值与与假假设设值值43.5已已十分接近。十分接近。可取可取t”=（43.3+43.5）/2=43.4华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/139于是该换热器的功率为：于是该换热器的功率为：使石蜡全部熔化所需热量为：使石蜡全部熔化所需热量为：Q=(0.2523-0.02520.7853)770244=3.495107J 所以所需加热时间为所以所需加热时间为3.495107/10395.8=3362s=56min 华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/1310Q=19.6620=193W 5-15 温温度度为为0的的冷冷空空气气以以6m/s的的流流速速平平行行的的吹吹过过一一太太阳阳能能集集热热器器的的表表面面。该该表表面面呈呈方方形形，尺尺寸寸为为1m1m，其其中中一一个个边边与与来来流流方方向向垂垂直直，如如果果表表面面平平均均温温度度为为20，试试计计算算由由于于对对流流所散失的热量。所散失的热量。解：定性温度解：定性温度tm=(0+20)/2=10，=0.0251w/m，v=14.1610-6m2/s，Pr=0.705华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/13115-25 一未包绝热材料的蒸汽管道用来输送一未包绝热材料的蒸汽管道用来输送150的水蒸气。管道外径为的水蒸气。管道外径为500mm，置于室，置于室外。冬天室外温度为外。冬天室外温度为-10。如果空气以。如果空气以5m/s流速横向吹过该管道，试确定其单位长度上流速横向吹过该管道，试确定其单位长度上的对流散热量。的对流散热量。解：定性温度解：定性温度tm=(-10+150)/2=70，空气物性，空气物性=0.0296w/m，v=20.0210-6m2/s，华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/1312华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/13135-28 在锅炉的空气预热器中，空气横向掠过在锅炉的空气预热器中，空气横向掠过一组叉排管束，一组叉排管束，s1=80mm，s2=50mm，管子外，管子外径径d=40mm。空气在最小截面处的流速为。空气在最小截面处的流速为6m/s,流体温度流体温度tf=133，流动方向上的排数大于，流动方向上的排数大于10，管壁平均温度为，管壁平均温度为165。试确定空气与管束。试确定空气与管束间的平均表面传热系数。间的平均表面传热系数。解：定性温度解：定性温度tm=(133+165)/2=149，空气物性，空气物性=0.0356w/m，v=28.810-6m2/sPr=0.683华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/1314由由s1/d=2，s2/d=1.25，查表得：查表得：C=0.519，m=0.556华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/13155-33 假设把人体简化成为直径为假设把人体简化成为直径为275 mm、高、高1.75m的等温竖直圆柱，其表面温度比人体体的等温竖直圆柱，其表面温度比人体体内的正常温度低内的正常温度低2，试计算该模型位于静止，试计算该模型位于静止空气中时的自然对流散热量，并与人体每天空气中时的自然对流散热量，并与人体每天的平均摄入热量的平均摄入热量(5440kJ)相比较。圆柱两端面相比较。圆柱两端面的散热可不予考虑，人体正常体温按的散热可不予考虑，人体正常体温按37计计算，环境温度为算，环境温度为25。解：定性温度解：定性温度tm=(35+25)/2=30，空气物性，空气物性=0.0267w/m，v=1610-6m2/sPr=0.701，=1/（30+273）=1/303华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/1316处于过渡区处于过渡区华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/13175-36 一块有内部电加热的正方形薄平板，边一块有内部电加热的正方形薄平板，边长为长为30cm，被竖直地置于静止的空气中。空，被竖直地置于静止的空气中。空气温度为气温度为35。为防止平板内部电热丝过热，。为防止平板内部电热丝过热，其表面温度不允许超过其表面温度不允许超过l50。试确定所允许。试确定所允许的电热器的最大功率。平板表面传热系数取的电热器的最大功率。平板表面传热系数取为为8.52W/(m2K)。解：定性温度解：定性温度tm=(35+150)/2=92.5，空气物性，空气物性=0.0315w/m，v=22.3610-6m2/sPr=0.6895，华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室华中科技大学热科学与工程实验室 HUST LabHUST Lab of Thermalof Thermal Science&EngineeringScience&Engineering2023/3/1318辐射散热量辐射散热量总散热量总散热量