标准答案5

Nuhl0.23Re0.8Prn0.8h1Nu1l2Re1h2Nu2l1Re2d1hd11d2h2d20.8d210.820.871d12

Q （2）当以同样质量流量流过两管时，Q12/Au1QA1112/Au2QA1422h1u1d1h2u2d20.8d212d140.811220.510.2872

5-9水以1.2m/s的平均流速流过内径为20mm的长直管。(1)管子

壁温为75℃，水从20℃加热到70℃;(2)管子壁温为15℃，水从70℃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。

解：(1)定性温度tft'ft'f'245℃

查45℃水的物性参数有：

990.2kg/m3,Cp4.174kJ/(kgK),0.2W/(mK),v0.608106m2/sPr3.93,601.410kg/ms6

dd1.220103tw15℃时：Re3.95104为紊流流动 6v0.60810则Nu0.023Re0.8Prnhd因为是被加热，所以n取0.4

h201030.023(3.95104)0.83.930.4h6071.1W/m2K

0.2(2)定性温度tf所以n取0.3

t'ft'f'245℃，物性参数与（1）相同，因为是被冷却，

Nu0.023Re0.8Pr0.3hd

h201030.023(3.95104)0.83.930.3h5294.5W/m2K

0.2h不同是因为：一个是被加热，一个是被冷却，速度分布受温度分布影响，Nu不同。

5-11现代储蓄热能的一种装置的示

5-11

意图如附图所示。一根内径为25mm的圆管被置于一正方形截面的石腊体中心，热水流过管内使石腊熔解，从而把热水的显热转化成石腊的潜热而储蓄起来。热水的入口温度为60℃,流量为0.15kg/s。石腊的物性参数为:熔点为27.4℃，熔化潜热Ls=244kJ/kg，固体石腊的密度ρs=770kg/m3。假设圆管表面温度在加热过程中一直处于石腊的熔点，试计算把该单元中的石腊全部熔化,热水需流过多长时间?b=0.25m，l=3m。

解：设暂取入口水温度为定性温度

t60℃时，物性参数为：

983.1kg/m3,Cp4.179kJ/kgK,65.9102W/mK,v0.478106m2/sPr2.99ud0.154Re16256.8vdv

所以为紊流。

Nu0.023Re0.8Pr0.3hdh1.97103W/m2K

14由热平衡关系式hdl(twtf)d2umCp(t'f't'f)t'f'42.4℃

tft'ft'f'251.2℃

查物性参数：

Cp4.175kJ/kgK,v0.547106m2/s,987.5kg/m3,Pr3.4740.93W/mKRe14142.9为紊流

h1815.15W/mK t43.4℃ tf2''ft'ft'f'251.7℃

则hdl(tftw)tsl(b2d2)Lst3363s

5-15温度为0℃的冷空气以6m/s的流速平行地吹过一太阳能集热器的表面。该表面呈方形，尺寸为lm×lm，其中一个边与来流方向相垂直。如果表面平均温度为20℃，试计算由于对流而散失的热量。 解：定性温度tm02010℃ 214查10℃空气的物性参数：

1.247kg/m3,Cp1.005kJ/kgK,Pr0.705,2.51102W/mK17.6106kg/ms,v14.16106m2/sulRe4.21055105

为层流流动。 则Nux0.6Re0.5Pr1/3hlh9.67W/m2K

W 则由对流而散失热量QhAt9.67120193

5-25一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500mm，置于室外。冬天室外温度为-10℃。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散热量。

解：tw150℃查得t10℃空气的物性参数：

1.342kg/m3,Cp1.009kJ/kgK,2.36102W/mK,16.7106kg/msv12.43106m2/s,Pr0.712Reud2.011052105 hd所以用简化公式Nu0.02Re0.8h16.5W/m2K

单位长度对流散热量Qhdlt16.53.140.51604144.8W

5-28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d=40mm。空气在最小截面处的流速为6m/s,流体温度tf=133℃，流动方向上的排数大于10，管壁平均温度为165℃。试确定空气与管束间的平均表面传热系数。

解：tf133℃查空气133℃物性参数：

0.8694kg/m3,Cp1.0116kJ/kgK,3.4375102W/mK,23.385106kg/msv26.6275106m2/s,Pr0.685Reud8.923103 S11.62，所以用简化公式: S2S10.2hd)h68.65W/m2K S2又因为

Nu0.31Re0.6(5-33假设把人体简化成为直径为275 mm、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(5440kJ)相

比较。圆柱两端面的散热可不予考虑，人体正常体温按37℃计算，环境温度为25℃。 解：定性温度tm352530℃ 2查30℃空气物性参数如下：

2.67102W/m2K,v16.0106m2/s,Pr0.701则Grg(twt)L2v39.81 (3525)1.7539273306.77110(16106)2(GrPr)m6.7711090.7014.75109109为紊流

则Nu0.1(GrPr)1/3hlh2.5W/m2K

则自然对流散热量Qhdlt2.53.142751031.751038.77W 一天二十四小时总散热量Q总38.772436003349.4kJ

3349.4kJ5440kJ

5-36一块有内部电加热的正方形薄平板，边长为30cm，被竖直地置于静止的空气中。空气温度为35℃。为防止平板内部电热丝过热，其表面温度不允许超过l50℃。试确定所允许的电热器的最大功率。平板表面传热系数取为8.52W/(m2·K)。 解：定性温度tm3515092.5℃ 2查空气物性参数得：v22.4106m2/s,3.15102W/mK,Pr0.69

gtlPrm2v39.8(GrPr)m11150.3327392.51.141010为层流 62(22.410)取Nu0.59(GrPr)1m/4h2lh26.4W/(m2K)

由题意知h18.52W/m2K

PhtA14.921150.09309W