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1、1 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 (2)管子壁温为管子壁温为15，水从，水从70冷却 到 冷却 到20。试计算两种情形下的表面传热系数， 并讨论造成差别的原因。 。试计算两种情形下的表面传热系数， 并讨论造成差别的原因。 2009/9/1529 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 39506Re v ud 华中科技大
2、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 & Engineering 当水被加热时，当水被加热时， 1 .189)925. 3()39506(023. 0 4 . 08 . 0 f Nu )/(6064 2 cmw d Nu h 当水被冷却时当水被冷却时 2009/9/1530 当水被冷却时当水被冷却时， 9 .164)925. 3()39506(023. 0 3 . 08 . 0 f Nu
3、)/(5289 2 cmw d Nu h 147. 1 5289 6064 / coolheat hh 6 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 & Engineering 5-11 现代贮存热能的一种装置的示意图如图 所示。一根内径为 现代贮存热能的一种装置的示意图如图 所示。一根内径为25mm的园管被置于一正方 形截面的石蜡体中心，热水流过管内使石蜡 溶解，从而把热水的显热化
4、为石蜡的潜热而 储存起来。热水的入口温度为 的园管被置于一正方 形截面的石蜡体中心，热水流过管内使石蜡 溶解，从而把热水的显热化为石蜡的潜热而 储存起来。热水的入口温度为60，流量为，流量为 2009/9/1531 0.15kg/s。石蜡的物性参数为：熔点为。石蜡的物性参数为：熔点为27.4， 熔 化 潜 热 ， 熔 化 潜 热 L=244kJ/kg ， 固 体 石 蜡 的 密 度， 固 体 石 蜡 的 密 度 s=770kg/m3。假设圆管表面温度在加热过程 中一直处于石蜡的熔点，试计算该单元中的 石 蜡 全 部 熔 化 热 水 需 流 过 多 长 时 间 ？ （ 。假设圆管表面温度在加热过
5、程 中一直处于石蜡的熔点，试计算该单元中的 石 蜡 全 部 熔 化 热 水 需 流 过 多 长 时 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 & Engineering 解：为求得所需加热时间，需知道该管子的 换热量，因而需知道出口水温 解：为求得所需加热时间，需知道该管子的 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
6、，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 2009/9/1532 13905 104 .549025. 01416. 3 15. 044 Re 6 d m 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 & Engineeri
7、ngScience & Engineering 因为液体被冷却，由公式得：因为液体被冷却，由公式得： 34.69)54. 3()13905(023. 0 3 . 08 . 0 f Nu )/(1797 025. 0 648. 034.69 2 cmw Nu h 由热平衡关系可得：由热平衡关系可得： )()(ttmCttAh 2009/9/1533 )()(ttmCttAh pwf 代入数据，得代入数据，得t”=43.5，此值与假设值相差 太大，故重设 ，此值与假设值相差 太大，故重设t”=43.5，重新进行上述计算 步骤，得 ，重新进行上述计算 步骤，得t”=43.3。此值与假设值。此值与假设
8、值43.5已 十分接近。 可取 已 十分接近。 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 & Engineering 于是该换热器的功率为：于是该换热器的功率为： wttmCp8 .10395)4 .4360(417515. 0)( 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) 2
9、009/9/1534 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 & Engineering 5-15 温度为温度为0的冷空气以的冷空气以6m/s的流速平行的 吹过一太阳能集热器的表面。该表面呈方形， 尺寸为 的流速平行的 吹过一太阳能集热器的表面。该表面呈
10、方形， 尺寸为1m1m，其中一个边与来流方向垂直， 如果表面平均温度为 ，其中一个边与来流方向垂直， 如果表面平均温度为20，试计算由于对流 所散失的热量。 ，试计算由于对流 所散失的热量。 解解定性温度定性温度t(0+20)/2 10 2009/9/1535 55 10510237. 4Re v uL 7 .384(Pr)(Re)664 . 0 333. 05 . 0 Nu )/(66 . 9 2 cmw Nu h Q=19.6620=193W 解解：定性温度定性温度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
11、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 & Engineering 5-25 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 外。冬天室外温度为 ，置于室 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 的对 流速横向吹过该管道，试确定其单位长度上 的对流流散热量。散热
12、量。 2009/9/1536 流流 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， 55 10510249. 1Re v ud 8 .302(Re)239 . 0 805. 0 Nu 7 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 & Engineering )/(9 .17 2 cmw d Nu
13、h mwttdLh w /4496)( 2009/9/1537 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 & Engineering 5-28 在锅炉的空气预热器中，空气横向掠过 一组叉排管束， 在锅炉的空气预热器中，空气横向掠过 一组叉排管束，s1=80mm，s2=50mm，管子外 径 ，管子外 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
14、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。试确定空气与管束间。试确定空气与管束间 的平均表面传热系数的平均表面传热系数 2009/9/1538 的平均表面传热系数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/s Pr=0.683 8333Re v ud 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
15、Thermalof Thermal Science & EngineeringScience & Engineering 由由s1/d=2，s2/d=1.25， 查表得： ， 查表得：C=0.519，m=0.556 55.78(Re)519 . 0 556. 0 Nu 2 Nu 2009/9/1539 )/(9 .69 2 cmw d Nu h 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 & EngineeringScienc
16、e & Engineering 5-33 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 内的正常温度低 的等温竖直圆柱，其表面温度比人体体 内的正常温度低2，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 的平均摄入热量 ，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 的平均摄入热量(5440kJ)相比较。圆柱两相比较。圆柱两端端面面 2009/9/1540 ()端端 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 算，环境温度为 计 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/s Pr=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
