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一、计算题
1、某平板节点划分如图所示,各网格边长均为m。导热系数W/m℃,左、右、上边温度均为40℃,下边与℃,W/m℃的流体进行对流换热。试写出节点的热平衡方程式,并求1、2、3的节点温度
解:节点1:
此题中为:
节点2:
此题中为:
节点3:
此题中为:
由此
解得℃,℃,℃
2、21
解:以长度为L的导线为例,通电后生成的热量为I2RL。所生成的热量,一部分通过绝缘层以导热方式传递到大气中,另一部分热量则用于导线温度的升高。
导热热量
(2) 温度的升高所需要的热量
(3)根据能量守恒定律有:
(4)当时,导线处于最高温度。于是,,即
4、初温为250C的热电偶被置于温度为2500C的气流中,设热电偶节点可以近似看成球形,要使其时间常数,问热节点的直径为多大?忽略热电偶引线的影响,且热节点与气流间的表面传热系数为h=300W/(m2K),热节点材料的物性参数为:导热系数为20W/(m·K),kg/m3,J/kgk如果气流与热节点间存在着辐射换热,且保持热电偶时间常数不变,则对所需热节点直径大小有和影响?
解:
(1)由于热电偶的直径较小,一般满足集总参数条件,时间常数为
,m
故热电偶直径:mm
验证毕渥数Bi是否满足集总参数法:
满足集总参数法条件。
(2)若热节点与气流间存在辐射换热,则总的表面传热系数h(包括对流和辐射)将增加,由知,要保持不变,可以使增加,即热节点的直径增加。
3、(10分)已知:一直管内径为16cm,流体流速为1.5m/s,平均温度为10℃,换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于10℃,流体被加热。
求:试比较当流体分别为氟利昂134a及水时对流换热表面传热系数的相对大小。(10℃下水及R134a的物性参数各为:
R134a:;;.
水:;;.)
解: 对R134a:
(4分)
对水:
(4分)
对此情形,R134a的对流换热系数仅为水的38.2%。 (2分)
4、(10分)为20℃的空气,以10m/s的速度纵向流过一块长200mm,温度60℃的平板。求离平板前沿50mm,100mm处的流动边界层和热边界层厚度。并求得平板与流体之间的换热量。(平板宽为1mm)
(40℃的空气物性参数为:
)
解: 层流 (1分)
50mm处
(2分)
100mm处
(2分)
(4分)
(1分)
5、试证明:在两个平行平板之间加上块遮热板后,辐射换热量将减小到无遮热板时的。假设各板均为漫灰表面,且发射率相同,皆为,板的面积皆为A。
证明:(1)无遮热板时
对两个无限长的平板来说,所以
(2)有块遮热板时
所以
(15分)质量流量为的变压器油在螺旋盘管中流过,油温从被冷却至,其比定压热容。进口温度为的冷水在盘管外流动用来冷却变压器油。出口处水温,水的比定压热容。水侧表面传热系数为,油侧表面传热系数为。钢盘管的导热系数为,污垢热阻总共为。若盘管的直径为,管的外径壁厚为。求螺旋盘管的最小长度、盘数与水的质量流量。
解:传热量
(2)
水的质量流量
(2)
需计算最小换热面积,应采用逆流流动,故
(3)
则满足:
(3)
满足:
(2)
盘管长
(2)
总盘数
盘 (1)
7、时间常数是从什么导热问题中定义出来的?它与哪些因素有关?同一种物体导热过程中的时间常数是不是不变的?
答:时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的,从中不难看出,它与系统(物体)的物性、形状大小相关,且与环境状况(换热状况)紧密相连。因此,同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的。
8、试分析不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。
(提示:少量不凝结气体的存在就将使凝结换热系数减小,可从换热热阻增加和蒸汽饱和温度两方面加以阐述)(1)含不凝结气体的凝结时在液膜表面会逐渐聚起不凝性气体层,将蒸汽隔开,蒸汽凝结必须穿过气层,使换热热阻大大增加;(2)随着蒸汽的凝结,液膜表面气体分压力增大,使凝结气体分压力降低,液膜表面蒸汽的饱和温度降低,减少了有效冷凝温差。
9、为什么电厂凝汽器中,水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热?
提示:可以从以下3个方面加以阐述:(1)在电厂凝汽器中,水蒸气在管壁上凝结,凝结换热系数约为4500—18000W/(m2.K),对
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