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1、华北电力大学传热课后答案汇总 5-1 如附图所示，用裸露的热电偶测量管道中气 体的温度，稳定后，热电偶所指示的温度为170 。 已知管道内侧壁温度维持为90，高温气流与热电 偶触点的对流传热系数为50 W/（m2K），热电偶接 点的表面发射率为0.6。试求高温气体的真实温度及 测量误差。 解： 图5-14 习题5-2附图 h?tf?t1?0?T14?Tw4? tf?t1?170?h?100100? ?170?14.4?184.4 44?C0?T1?Tw?0.6?5.67?4.434?3.634?50 测温误差： 184.4?170?100?7.8184.4 5.2在某一产品的制造过程中，在厚度
2、?s=1.0mm 的基板上紧贴了一层透明的薄膜，其厚度为?f=0.2mm。薄膜表面有一冷却气流流过，其温度为tf=20，对流传热的表面传热系数为h=40 W/(m2K) 。同时，有一股辐射能q透过薄膜投射到薄膜与基板的结合面上，如图所示。已知，基板的另一面维持在温度t1=30,生产工艺要求薄膜与基板结合面的温度t0为60，薄膜的导热系数为?f=0.02 W/(mK)，基板的导热系数为?s=0.06 W/(mK)。投射到结合面上的辐射热流全部可全部被结合面吸收，薄膜对60的辐射是不透明的。试确定辐射密度应为多大。 解：结合面到基板另一侧的热阻：RS?S 薄膜和对流侧的总热阻：Rf?f?S? f?
3、h?7200 辐射热流密度：q?tsRs?tfRf?2085.7J 5.3一单层玻璃窗，高1.5m，宽1m，玻璃厚3mm，玻璃的导热系数为?1.05 W/(mK)，室内外的空气温度分别为20和5，室内、外空气与玻璃窗之间对流传热的表面传热系数分别为h1?5 W/(m2K)和h2?20 W/(m2K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流传热热阻。 解：室内对流侧的热阻：R1?(h1?A)?7.5 室外对流侧的换热热阻：R2?h2?A?30 玻璃的导热热阻：R3? 玻璃窗的散热：Q?t?A?525 ?R1?R2?R3?88.98J 5.4有一台传热面积为12m2的氨蒸发器。氨液的蒸发
4、温度为0，被冷却水的进口温度为9.7、出口温度为5，已知蒸发器的传热量为6900W。试计算：（1）该蒸发器的总传热系数；（2）冷却水的流量为多少。 解：（1）?t?tmax?tmin?(ln?tmax?tmin)?7.09 h?Q?t?A?81.1w/(m2?k) （2）Q?cm?t水?cqv?t 所以可得：qv?3.49?10?4m3/s 5.5一个管式冷凝器，其管外侧是饱和水蒸气的凝结，其管内侧是经过处理的循环水。冷凝器的管束采用外径为19 mm，壁厚1.0mm的黄铜管。（1）若已知管外水蒸气凝结的表面换热系数为8000 W/(m2.K)，管内侧循环水与内表面的表面换热系数为8230 W/
5、(m2.K)，黄铜的导热系数为110 W/(m.K)，计算冷凝器洁净状况下的总传热系数（以管外面积为基准）； （2）若该冷凝器由230根、长度为6m的管子组成，管外蒸汽的温度为110，管内循环水的平均温度为70，计算该冷凝器的传热量。 解：（1）111 ?222?r2k?r2h2?r1h12?lnd2d1 得：k?3839.2 （2）Q?nkA?t?230?2?r2lk?t?6589.8J 5.6一个高温金属件的冷却过程进行分析和计算。金属件为平板，高2m，宽2m，厚0.3m，金属材料为铬钢 Wcr=17%。金属件初始温度均匀为630，将其竖直放入室内进行冷却，室内空气及墙壁温度均为30。金属
6、件表面发射率取0.7。计算金属件平均温度冷却到50所用的时间。 解： tm?(t?tw)/2?330 空气的物性参数：?4.78?10 ?5.26?10 ?2?5 Gr? hc? 由辐射换热系数： gav?tl3?l2?2.8186?1010 13?c?Gr?Pr?6.15w/(m2?k) 2hr?T?T?T2?T?43.42w/(m2?k) ? 所以表面换热系数为 h?hc?hr?49.75w/(m2?k) 所以采用集中参数法可求得 ?cv hAln?7710?460?0.1520?ln?41672s?043.42600 注意：由于不同温度下的金属材料及空气的物性参数有所不同，为了减小误差可
7、以将金属的下降的温度分为不同的阶段进行求解。 5.7 对习题5-6，将金属件改为半径为0.3m、长2m的长圆柱重新计算 解：同理该题应采用集中参数来计算长圆柱的达到50度的所用的时间 由于长圆柱的特征长度和竖直平板的特征长度一样所以计算一样： tm?(t?tw)/2?330 空气的物性参数：?4.78?10 ?5.26?10 ?2?5 Gr? hc? 由辐射换热系数： gav?tl3?2?l?2.8186?1010 13?c?Gr?Pr?6.15w/(m2?k) 2hr?T?T?T2?T?43.42w/(m2?k) ? 所以表面换热系数为 h?hc?hr?49.75w/(m2?k) 所以采用集
8、中参数法可求得 ?cv hAln?7710?460?0.1520?ln?41672s ?043.42600 由于不同温度下的金属材料及空气的物性参数有所不同，为了减小误差可以将金属的下降的温度分为不同的阶段进行求解。 5.8对习题5-6，将金属件改为半径为0.3m的球重新计算。 解：球的特征长度为0.3m 特征温度： tm?(t?tw)/2?330 空气的物性参数：?4.78?10 ?5.26?10 ?2?5 Gr? hc? 由辐射换热系数： gav?tl3?2?l?9.512?107 13?c?Gr?Pr?8.425w/(m2?k) 2hr?T?T?T2?T?43.42w/(m2?k) ?
9、所以表面换热系数为 h?hc?hr?51.845w/(m2?k) 所以采用集中参数法可求得 ?cv hAln?7710?460?0.120?ln?23266s ?051.845600 由于不同温度下的金属材料及空气的物性参数有所不同，为了减小误差可以将金属的下降的温度分为不同的阶段进行求解。 5.9重新对例题2-2中双层玻璃窗的散热进行分析和计算。如附图所示，每块玻璃的高度为1.5m，宽为1m，厚度为4mm，玻璃的导热系数为0.65 W/(m?K)，双层玻璃间的距离为8mm。若在晚上平均的室内、外空气温度维持在20?C 和- 7?C。试计算在晚上通过该双层玻璃窗散热的热流量。 解：空气的导热系
10、数2.51?10w/(m?k) 热阻：2tf1=20? f2=-7?C 1?1?2?3?81.04 k?1?2?3 3热流量：Q?kA?t?3.282?10J ?=8mm =4mm 图5-15习题5-9附图 6-1 在火力发电厂的高压加热器中，从汽轮机抽出的过热蒸汽用来加热给水，过热蒸汽在加热器中先被冷却到相应的饱和温度，然后冷凝成水，最后被冷却到过冷水。试绘出冷、热流体的温度沿换热面变化曲线。 解： 6-2 一卧式冷凝器采用外径为25mm、壁厚1.5mm的黄铜管做成换热表面。已知管外冷凝侧的平均表面传热系数为5700 W/(m2K)，管内水侧的平均表面传热系数为4300 W/(m2K)。试计
11、算下面两种情况下冷凝器按管子外表面计算的总传热系数：（1）管子内外表面均是洁净的；（2）考虑结垢情况，管内为海水，平均温度小于50，管外为干净的水蒸汽。 解：1/h0?1/5700?1.7544?10?4m2?K/W 1d0125?2.643?10?4m2?K/W hidi430022 黄铜的导热系数?109W/m?K （1）管子内外表面均是洁净的情况下 k0?1 1d0d01d0?ln?h02?dihidi 1 1.7544?10?4?ln?2.643?10?4 2?10922 ?1705.5W/m2?K? （2）考虑结垢情况，管内为海水，平均温度小于50，管外为干净的水蒸汽 海水的污垢热阻
12、为：Rft?0.88?10m?K/W ?42 k1? 1?Rft0k0di?1?0.88?10?4?1705.522?1457.01W/m2?K 6-3 有一台液液换热器，甲、乙两种介质分别在管内、外流动。实验测得的总传热系数与两种流体流速的变化关系如附图所示。试分析该换热器的主要热阻在甲、 乙流体哪一侧？ k k 介质甲的流速 图6-22 习题6-3附图 介质乙的流速 解：主要热阻在介质乙这一侧，因为增加介质甲的流速对传热系数的影响并不大，而增加介质乙的流速则使传热系数明显上升，这说明介质乙对总热阻有举足轻重的影响。 ?20，6-4 一台1-2型壳管式换热器用来冷却12号润滑油。冷却水在管内
13、流动，t2 ?100，出口温度t1?50，流量为3kg/s；热油的入口温度t1?60。已知换热器总t2 传热系数k?350W / (m2K)。试计算：（1）所传递的热量；（2）油的流量；（3）所需的传热面积。 解：查的润滑油的比热为C1?2.148KJ/(Kg?K) 水的比热为C2?4.174KJ/(Kg?K) 油的流量：qm1?qm2C2t23?4.174?(50?20)?4.37Kg/s C1t12.148?(100?60) 所传递的热量：?qm2C2t2?3?4.174?(50?20)?375.66KW t1?t1?t2?60?20?40 tr?t1?t2?100?50?50 tm?t1?tr40?50?44.8 ln(t1/tr)ln(40/50) t2?t250?20t1?t1100?60P?0.375 R?1.333 t1?t2100?20t2?t250?20 PR?1.333?0.375?0.5 1/R?1/1.333?0.75 ?0.9 tm?44.8?0.9?40.32 所需的传热面积： ?375.66?103 A?26.62m2 ktm350?40.32 6-5 有一管壳式换热器，已知换热管的内径为17mm，外径为19mm，单程管子的根数为50根，单程管长
