传热试卷2

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1、第 6 章例题讲解 6-1 在一台缩小成为实物 1/8 的模型中，用 20的空气来模拟实物中平均温度为 200空气的加热过程。实物中空气的平均流速为 6.03 m/s，问模型中的流速应 为多少？若模型中的平均表面传热系数为 195 W/(m2K)，求相应实物中的值。 在 这一实验中，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？ 解解：由相似理论，应使模型与实物中的 Re 数相等 eRRe= = luul 查表得 20空气/sm 1006.15 26 =K) W/(m1059 . 2 2 = 200空气/sm 1085.34 26 =K) W/(m1093 .

2、3 2 = m/s 85.208 85.34 06.15 03 . 6 = = l l uu 而由uNNu= = lhhl 得 K) W/(m37 59 . 2 93 . 3 8 1 195 2 = = l l hh 实验中，模型与实物中流体的 Pr 数并不严格相等，但十分接近，可满足近 似模化的要求（见书 240 页关于相似原理指导模化试验内容） ，这样的模化试验 具有实用意义。 6-17 一台 100MW 的发电机采用氢气冷却。氢气进入发电机时为 27，离开发 电机时为 88。 发电机的效率为 98.5%， 氢气出发电机后进入一正方形截面的管 道。 若要在管道中维持 Re = 105， 问

3、其截面积应为多大？氢气的物性为Cp= 14.24 kJ/(kgK)、= 0.08710-4Pas。 解解：发电机中产生热量 W105 . 1)985 . 0 1 (10100 66 = W1052 . 1 5 . 98 5 . 98100 10100 66 = = TRL 工况（铭牌工况） ：汽轮机在额定进气参数下、额定背压、回热系统正 常投运，补水率为 3%时机组能连续运行发出铭牌功率的工况。 T-MCR 工况（最大连续工况） ：汽轮机在额定进气参数下、额定背压、回热 系统正常投运，补水率为 0，进气量等于 TRL 工况进气量时机组能连续运行的 工况。 VWO 工况（阀门全开工况） ：汽轮机

4、在调阀全开，额定进气参数、额定背 压、回热系统正常投运，机组能连续运行的工况。 THA 工况（热耗率验收/保证工况） ：汽轮机在除进气量变化外，额定进气参 数下、额定背压、回热系统正常投运，补水率为 0，机组能连续运行发出 TRL 工况功率的工况。 以东方汽轮机厂超临界压力汽轮机 CLN600-24.2/538/566 为例，其结构为超 临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机，最大连续 出力为 634.18 MW，额定出力 600 MW；机组设计寿命不少于 30 年。机组采用 复合变压运行方式；汽轮机具有八级非调整回热抽汽。 东汽东汽 CLN600-24.2/538/56

5、6CLN600-24.2/538/566CLN600-24.2/538/566CLN600-24.2/538/566 汽轮机主要参数汽轮机主要参数 单位TRL 工况T-MCR 工况 VWO 工况THA 工况 功率MW600634.18660.244600 热耗率kJ/kWh7884755875517570 主蒸汽压力MPa（a）24.224.224.224.2 再热蒸汽压力MPa（a）4.2904.3264.5214.074 主蒸汽温度538538538538 再热蒸汽温度566566566566 主蒸汽流量kg/h1859250185925019522101740300 再热蒸汽流量kg/h

6、1508756151823715884741427670 高压缸排汽压力MPa（a）4.7674.8075.0234.527 低压缸排汽压力kPa（a）11.84.94.94.9 低压缸排汽流量kg/h105065010493971092013994188 补给水率%3000 氢气吸取这些热量，温度从 27上升到 88，其质量流量可求 kg/s 75 . 1 )2788(1024.14 1052 . 1 3 6 = =G 设正方形截面管道边长l，则有 e 5 10Re ud = l l l p A d= = 4 44 2 C e ul = 5 10 又Gul= 2 =代入前式 l G l l

7、G = = 2 5 10 m 2 1010087 . 0 75 . 1 54 = = l 截面积 22 C m 4=lA 6-30 一空气加热器系由宽 20 mm 的薄电阻带沿空气流动方向并行排列组成（见 附图） ，其表面平整光滑。每条电阻带在垂直于流动方向上的长度为 200 mm， 且 各自单独通电加热。 假设在稳态运行过程中每条电阻带的温度都相等。从第一条 电阻带的功率表中读出功率为 80 W，问第 14、24 条电阻带的功率表读数各为多 少（其他热损失不计，流动为层流） ？ 解解：此题按空气外掠平板层流对流传热处理 第n条电阻带与第 1 条电阻带的功率之比 1 )1(11 1 P PP

8、P P nn n = 其中tAhP nnnn = 1111 ，tAhP nnnn = )1(1)1(1)1(1)1(1 代入前式有 1 )1(11 11 )1(1)1(111 1 ) 1( h hnnh Ah AhAh P P nnnnnn n = = 5 . 05 . 0333 . 0 5 . 0333. 05 . 0 Pr)(664 . 0 Pr)(664 . 0 =Bll uul l h 代入得（单条电阻带长度m 2 . 0=l） 5 . 05 . 0 5 . 0 5 . 05 . 0 1 ) 1( ) 1() 1()( = = nn lB lnBnlnBn P Pn 对14=n，136

9、1 . 0 ) 114(14 5 . 05 . 0 1 14 = P P 对24=n，1032 . 0 ) 124(24 5 . 05 . 0 1 24 = P P W 9 . 101361 . 0 80 14 =P， W3 . 81032 . 0 80 24 =P 6-31 为解决世界上干旱地区的用水问题，曾召开过数次世界性会议进行讨论。 有 一个方案是把南极的冰山拖到干旱地区去。宽阔且平整的冰山是最适宜于拖运 的。设要把一座长 1 km、宽 0.5 km、厚 0.25 km 的冰山拖运到 6000 km 以外的 地区去，平均拖运速度为每小时 1 km。拖运路上水温的平均值为 10 。作为一

10、 种估算，在拖运中冰与环境的作用可认为主要是冰块的底部与水之间的换热。 试 估算在拖运过程中冰山自身的融化量。 冰的融解热为 3.34105J/kg， 当 Re 5105 时全部边界层可认为已进入湍流。 解解：流体外掠平壁强制对流传热类型问题 定性温度 5 2 100 2 fw m = + = + = tt t 海水按纯水的物性来计算，查取得 /sm 105475 . 1 26 =，K) W/(m1025.56 2 = ，595.11Pr = 5 6 105179500987 105475 . 1 1000 3600 1000 Re= = ul 已进入旺盛湍流 适用教材 217 页式 5-35

11、b 3/15/4 m Pr)871Re037 . 0 (=Nu 代入数据得 2 . 333930595.11)871179500987037 . 0 ( 3/18 . 0 m =Nu K) W/(m84.187 1000 5625 . 0 2 . 333930 2 = = = l Nu h W10392 . 9 )010(500100084.187 8 =thA 拖运时间 6000 小时，冰的融解量为 kg 10074 . 6 1034 . 3 3600600010392 . 9 10 5 8 =G 冰山的原体积有 38 m 1025 . 1 2505001000= 冰的密度取 3 kg/m

12、900，冰山的总质量为kg 1025.11 10 ，可见有一半左右的 冰在拖运过程中融化掉了。 另解另解：题中已知条件有当 5 105Re时全部边界层可认为已进入湍流 3/23/2 f Pr PrRe Pr 2 Nu St c = 5/1 f Re0592 . 0 = x c 平板上平均阻力系数 5/1 f Re074 . 0 =c 3/15/4 PrRe037 . 0 =Nu 6 .335901=NuK) W/(m94.188 1000 5625 . 0 6 . 335901 2 = =h W10447 . 9 )010(500100094.188 8 =thA 托运过程中冰的融解量kg 1

13、011 . 6 1034 . 3 3600600010447 . 9 10 5 8 =G 6-33 测定流速的热线风速仪是利用流速不同对圆柱体的冷却能力不同， 从而导致 电热丝温度及电阻值不同的原理制成的。用电桥测定电热丝的阻值可推得其温 度。今有直径为 0.1 mm 的电热丝垂直于气流方向放置，来流温度为 20 ，电 热丝温度为 40 ，加热功率为 17.8 W/m。试确定此时的流速。略去其他的热损 失。 解解：由)( fw ttdlhthAlql= 有K) W/(m 4 . 2834 )2040(101 . 014 . 3 8 . 17 )( 2 3 fw = = = ttd q h l

14、对外掠单根圆柱体 3/1 PrRenCNu= 定性温度为 30 2 4020 2 w m = + = + = tt t，查干空气热物性表 K) W/(m1067 . 2 2 = ，K) W/(m1016 26 = ，701. 0Pr = 62.10 0267 . 0 0001 . 0 4 . 2834 = = hd Nu 100 161016 101 Re 6 4 = = uuud 由于 Re 数未知，故先假定 Re 数所处范围，取定关联式C、n值，再验算 Re 数是否假定正确 先假定40Re4= + = = ttg Gr 故186 . 9 )696 . 0 8 . 4906800(061 .

15、 0 Pr)(061 . 0 3/13/1 =GrNu K) W/(m664 . 2 1 . 0 029 . 0 186 . 9 2 = = Nu h 则 W 8 . 159)3090(1664 . 2 =thA （2）若无空气夹层，属于大空间自然对流传热中的水平热面向上情形 定性温度 55 2 2090 2 w m = + = + = tt t，查取空气热物性 K) W/(m10865 . 2 2 = ，/sm 1046.18 26 =，697. 0Pr = 特征长度m 25 . 0 1111 11 = + = P A L 9 . 95897415 1046.18)55273( 25 . 0 )2090(8 . 9 122 3 2 3 V = + = = tLg Gr 117 10 9 . 66840498Pr10=Gr适用 3/