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1、第六章单项流体对流换热及准则关联式复习题1 试定性分析下列问题:(1) 夏季与冬季顶棚内壁的表面传热系数是否一样？(2) 夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数是否一样？(3) 普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是否 有影响？(4) 从传热观点看，为什么散热器一般都放在窗户的下面？(5) 相同流速或者相同流量的情况下，大管和小管(管内或管外)的 表面传热系数会有什么变化？(6) 分析太阳能平板集热器可能涉及的传热问题。(有条件时应参照实 物)2 传热学通常把“管内流动”称为内部流动，将“外掠平板，外 掠圆管”等称为外部流动，请说明它们的流动机制有什么差别。 这些对流换热问题的
2、数学描写有什么不同？3 是否可以把管内流动也视为边界层型问题，采用边界层微分方 程求解？为什么？4. 图616为带有不同垂直隔断的空间，左右两壁温度tt2，内 隔断不绝热，但前后壁、上顶及地面均为绝热面，试绘出这些空 间内空气自然对流循环图。5. 图 617 是三种散热器热水进出口方法，试从受迫对流，自然 对流，混合对流的机理分析这些散热器内的流动情况，稳定性及可靠性。6试设计测定管断面和全管长流体平均温度的实验方法。7试设计使供热设备表面为常壁温和常热流条件的方案。8垂直管内流体向上或向下流动被加热或被冷却时，自然对流对速度场的影响如何？试作速度场变化示意图.9一个热的竖壁在空气中垂直向上运
3、动，假定运动速度相当于它静止时表面空气自然对流边界层的平均速度，试分析运动对它的表面自然对流速度场的影响如何。试作速度场变化的示意图。运动使其表面传热系数与静止壁相比时增加还是减小？如果竖壁时 向下运动又如何？10. 自然对流时因为温度差引起的，PrHl时6 #6 t,试说明在边界层里6与6 t区域内的流动情况和温度分布。11. 试推导垂直壁层流自然对流动量微分方程式，设 twtf。wf12. 流体在管内流动而被加热，已知管长1，m,管径d，m,管内流体质流量M，kg/m2,进口温度tf 管壁为常热流边界条件，热 流密度为q，W/F,请写出计算表面传热系数h及管子进出口端 壁温t ,t的详细步
4、骤。W W13. 关于管内对流换热的热进口段长度有集中表达方式，它们各适应什么条件？（1）从管子进口到热边界层在管中心闭合前的一段长度；（2）当函/Qx二0和h二const前的一段长度；（3）l/d=0.05Re.Pr.14. 外掠平板紊流局部表面传热系数沿板长的变化（图57）与 管内紊流进口段局部表面传热系数沿管长的变化（图61）两者 有明显的差别，请作一些分析。15 以薄壁不锈钢管作导体通电加热在管内流动的气体，管子裸露 置于室内，试写出在稳定情况下，该管 dx 长微元段的热平衡关系。 已知钢管电阻微R, Q/m；电流微I, A。16. 进口温度为10C，质流量为0.045kg/s的空气在
5、直径51mm,长2m的管内被加热，壁温保持200C，试用式（64）计算它的 表面传热系数和出口温度。17. 黄铜管式冷凝器内径12.6m m,管内水流速1.8m/s，壁温维持 80C，冷却水进出口温度分别为28C和34C，管长l/d20，请用 不同的关联式计算表面传热系数。18. 已知锅炉省煤器管壁平均温度为250C，水的进出口温度为 160C和240C，平均流速要求为lm/s，热流密度q=3.84X105W/ ，试求所需管内径和长度（提示：先按紊流计算，再校核Re）。19. 一盘管式换热器，蛇形管内径d=12mm,盘的直径D= 180mm （以管中心距离计），共有四圈盘管。若管内水进口温度为
6、 20C，平均流速为1.7m/s，壁温为90C，试估计冷却水出口温度。20. 水在热交换器管内被加热，管内径14mm，管长2.5m，壁温保 持为110C，求水在进口温度为60C及流速u=1.3m/s时，通过热 交换器后的温度。21. 管式实验台，管内径0.016m，长为2.5m，为不锈钢管，通以 直流电加热管内水流，电压为5V,电流为911.1A，进口水温47C， 水流速u=0.5m/s,试求它的表面传热系数及换热温度差。(管子外 绝热保温，可不考虑热损失)22. 2.5kg/s的40C的水进入50mm内径的管子，壁温85C，管壁 粗糙度为0.0002，若管长为10m,计算出口水温及全管热流量
7、。23. 空气在管内受迫对流换热，已知管径d=51mm，管长l=2.6m, 空气质流量M=0.0417kg/s,进口温度tf=30C，管壁的热流密度 q=12120W/m：求该管的平均表面传热系数h，空气在管子进口和出 口端的表面传热系数h，h，出口温度tf，管壁进口和出口端的 壁温 t , t。ww实验点空气温度管壁温度最窄截面风速换热量(W)管径(mm)123.0184.811.05288.02529.5152.012.67286.02539.1107.725.69282.025421.0112.425.04282.025517.6105.027.60287.025620.6151.513
8、.98283.025723.0195.013.70520.050810.8160.815.65523.05099.6117.629.38510.0501021.0155.020.02517.0501114.3136.024.04536.0501220.2119.134.35533.0501321.0125.031.83519.0501410.8104.036.94523.050159.5124.017.20284.0251621.0102.031.39280.02524. 水以1.3m/s的速度通过内径19mm,长为5.5m的管子，压降 为42mmHg，管壁平均温度为80C,管内水平均温度55
9、C,试从类 比律求表面传热系数,并与光滑管进行比较。25. 空气在管内以1.27m/s速度流动，平均温度tf=38.5C, t =fw57.9C，管内径d=22mm,长2.5m，试求空气的表面传热系数。26. 上题空气流速增加到u=3.5m/s，此时t =58.1C, t =90.6C,fw试求表面传热系数。27. 套管换热器，内管外径d =12mm，外管内径d =16mm，管长12400mm，内外管之间的环形流道内水流速u=2.4m/s，平均温度tf=73.1C，内管壁温t =96C，试求内管外表面的表面传热系数。W28. 空气以 0.0125kg/s 流量流过直径 50mm， 长为 6m
10、的圆管，温度由23.5C加热到62C，试求在常壁温换热条件下管壁温度t，W 表面传热系数h及换热量。(建议用式(65)计算表面传热系 数)29. 已知椭圆管的长轴2a=26mm，短轴2b=13mm,用它做成的换热 器每根管子的水流量为4X10-4m3/s。要求在壁温90C时，把水从32C加热到48C。计算一根管的长度。如果采用与该椭圆管周长相同的圆管在同样条件下完成水的加热，有需多长的圆管，两者 相比差多少（%）?并分析引起差别的原因是什么？30. 空气横向外掠单圆管换热研究试验台，实验管长0.3m，管径 有 50mm 和 25mm 两种，现测得如下表列的 16 个实验点数据。试由 数据整理出
11、该次实验得到的空气横向外掠单圆管换热准则关联 式。并构思这种实验台的构造及测试系统。31. 空气以 25.5m/s 的速度横向外掠直径 35mm 长 0.5m 的单圆管， 对流换热量为900W,管子前后空气平均温度25.3C。试确定管壁 温度。32. 直径14mm，长1.5m的管状电加热器垂直至于速度为3m/s的 水流中，水流过管子前后的平均温度为55C，设加热器管表面允 许最高温度为95C，计算它的最大允许电功率。33. 空气横向掠过单管，管外径12mm，管外最大流速u=14m/s，空气温度tf=30.1C,壁温t =12C。求空气的表面传热系数。 fw34. 空气横向掠过 6 排顺排管束，
12、管束中最窄截面处流速 u=15.5m/s，空气平均温度为19.4C，壁温t =67.8C，管间距WS/d=S2/d=1.2，d=19mm，求空气表面传热系数。35. 水横向掠过 5 排叉排管束，管束中最窄截面处流速 u=4.87m/s，平均温度 t =20.2C,壁温 t =25.2C，管间距 S /d=S /d=1.25，1 w 1 2d=19m m，求水的表面传热系数。36. 空气横向掠过12排管子组成的叉排加热器，管径d=25mm,管 间距S=50mm,S2=45mm。管束的最窄截面处流速u=5m/s,空气平 均温度tf=60C，试求管束平均表面传热系数。如管束改为顺排， 其他条件不变，
13、则表面传热系数为多少？37 试求空气掠过黄铜管束的表面传热系数及出口温度。已知管束 为叉排，共4排，每排16根管，管长lm,管外径25mm，管间距 S=50mm, S =37.5mm，管内为1.43X10-5Pa绝对压力的蒸汽，空气 12进口温度tf=15C，流量Vo=7500Nm3/h。(提示：计算中略去蒸汽及 管壁热阻)。38 试确定上题空气掠过管束时消耗的功率、单位面积换热量与功率消耗之比。已知该叉排管束的阻力系数为AA=075Re -“2流过管束的压强降 p=f2p U2(p /p ) o.i4m,N/m2fw式中 m 为排数， u 为管间最大流量， m/s.39. 改变地37题中的管
14、间距，令S、S2按比例缩小或扩大，比例 为 0.85、 0.95、 1.05、 1.25、及 1.5 等，在其他条件均不改变的情 况下，求单位面积换热量与功率消耗之比的变化。40. 由圆翅片管束(见图 5-)制成的蒸汽空气加热器。管束及 翅片管的换热及流动阻力计算关联式为Nu=0.134Reo.68iPri/3(H-6 )/Ho.3(H-6 )/6 0.34(Re=1032X 104)Nu=0.189l+0.1(Sl/d0-2)Reo.685 Pr1/3(6 /H)o.3O4(Re=2 X 1045 X 104)F=37.86Re-0.316 (S1/d0)-0927(S1/S2)0.515上
15、述关联式定性温度为流体平均温度，定型尺寸为管外径 d 。已o知管束参数为：正三角形排列，管间距 S =70mm，6 排，每排 20 根，1管长1.5m, d =25mm，翅片厚6 =0.5mm，翅片高H=20mm，翅片间距o（节距）b=3.5mm,空气质流量M=1.8kg/s,管壁温度t =110C,空w 气进口温度 tf1=10C, 试计算换热量及功率消耗。41 一厚壁紫铜管,内置电加热器,悬吊于大于水槽中进行水平圆 筒壁自然对流换热实验研究,实验中管壁温度可作为常壁温处理, 求水在横管外自然对流表面传热系数，已知管外径d=30m m,水的 平均温度tf=37.1C,壁温t =64.5Co在这种情况下的实验数据 为 f
