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试计算其它条件不变时，上述两种情况下的对流换热表面传热系数，并讨论造成差别的原因。 （答案 （h1?6064W/(m2?K);h2?5289W/(m2?K)。 h1?h2是因为水被加热时，近壁处
的粘性降低，因此表面传热系数比冷却高。）
5.为了减少重油的动力粘度，以降低泵功率的消耗，让重油通过一个由20块空心平板组成的换热器（见图4-71）。热水在空心平板内流动（垂直与图面方向），从而使平板温度均匀且等于1000C。重油初温为
200C，以1m/s的速度在平板间流动。试求在重油流动方向上全长
口时的温度。在tm1处的局部表面传热系数及重油出3?11(tw?tf)??(100?20)?600C时，重油的物性参数为22??850kg/m3；
??0.18W/(m?K)；??8?10?3kg/(m?s)；c?1.1kJ/(kg?K)。
（答案
hx?137.9W/(m2?K),t?20.820C）
06.在一个大气压下，温度为30C的空气以45m/s的速度掠过长为0.6m、壁温为2500C的平板。试
计算单位宽度平板传给空气的总热量、层流边界层区域的换热量和素流边界层区域的换热量。
解：tm?11(tw?tf)??(250?30)?1400C 22空气的物性参数为：
??3.49?10?2W/(m?K);??27.8?10?6m2/s;Pr?0.684于是 Re?得：
4/51/3Nulm?(0.037Relm?871)Prmul??45?0.655 ?9.71?10?5?10?627.8?10?[0.037?(9.71?10)h?54/5?871]?(0.684)1/3?1241.7
?lNu?0.0349?1241.7?72.2[W/(m2?K)] 0.6单位宽度平板传给空气的总热量为：
??hA?t?72.2?1?0.6?(250?30)?9534(W)
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临界雷诺数Re?ulcr??5?105，所以由层流边界向湍流边界过度的临界长度为：
Recr??5?105?27.8?10?6lcr???0.309(m)
u4.5在层流边界层区域：
Nu?0.664Re1/2Pr1/3?0.664?(5?105)1/2?(0.684)1/3?413.7
h?0.0349?413.7?46.7[W/(m2?K)]
0.309单位宽度平板的换热量
?'?hA(tw?tf)?46.7?1?0.309?(250?30)?3176.3(W)
在湍流边界层区域，单位宽度平板的换热量
?\????'9534?3176.3?6357.7(W)
7、在速度?0?5m/s、温度为200C的空气流体，沿流动方向平行的放有一块长l?20cm。温度为
600C的平板。如用垂直流动方向放置的周长为20cm的圆柱代替平板，问此时的对流换热表面传热系数
为平板的几倍（其他条件不变）（答案
hR?1.45） hP8.在锅炉的空气预热器中，空气横向掠过一组叉派管束，s1空气在最小截面的流速为6m/s，流体温度t1?80mm,s2?50mm，外径d?40mm。
?1330C，流动方向上的排数大于20，管壁平均温度
1650C。使确定空气与管束间的平均表面传热系数。
（答案
h?71043W/(m2?K)）
9.空气横向掠过一外径d?22mm,s1?44mm,s2?22mm,N?12排的叉排管束，空气的平均温度
tf?500C,umax?8m/s。试求对流换热表面传热系数。
（答案
h?110.5W/(m2?K)
10.一外径为110mm、内径为100mm康德蒸汽管道，外表面保温层的外径300mm，已知周围环境温度?100C时其自然对流损失?L?168W/m。求保温层外表面的温度（误差不大于10C）。
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（答案
tw?430C）
011.一直径25mm、长1.2m的竖直圆管，表面温度60散热量：
（1）15（2）150C，试比较把它置于下列两种环境中的自然对流
C,1.01325?105Pa压力下的空气； C,2.0265?105Pa压力下的空气；
0解：（1）tm?11(tw?tf)??(60?15)?37.5(0C) 22空气物性参数：
??2.74?10?2W/(m?K);??16.72?10?6m2/s;Pr?0.7
于是：Gr?Pr?gav?tH3?29.81?(16?15)?1.23?0.799 ??6.15?10?10?62(273?37.5)?(16.72?10)根据表4-11：Nu?0.1(Gr?Pr)1/3?0.1?(6.15?109)1/3?183.1
h1??HNu?0.0274?183.1?4.18[W/(m2K)]
1.2?1?h1A?t?3.142?0.025?1.2?4.18?(60?15)?17.7(W)
（2）由于t2?t1?150C,p2?2p1?2.0265?105Pa，按理想气体性质有
1?2??1，?2??1
2所以
1313Gr2?4Gr1,，h2?4h1，?2?4?1
12.一方形截面的管道输送冷空气穿过一室温为2820C的房间，管道外表面平均温度为120C，截面尺寸
为（0.3?0.3）m。试计算每米长管道上冷空气通过外表面的自然对流从房间内带走的热量。注意：冷面朝上相当于热面朝下，而冷面朝下相当于热面朝上。
解：定性尺寸：
对两侧面，L?0.3m
对上、下面，由于此题相当于假定一个方向的尺度为很长，根据表4-11的定义，
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L?0.3?0.15(m) 2定性温度：
tm?空气物性参数：
11(tw?tf)?(12?28)?200C 22??2.59?10?2W/(m?K)，??15.06?10?6m2/s，Pr?0.703
于是侧面：
9.81?0.33?(28?12)Gr?Pr??0.703?4048?107?109 ?62(273?20)?(15.06?10)查表4-11：C?0,n?1 4714Nu?0.59?(4.483?10)?48.3
h??LNu?0.0259?48.3?4.17[W/(m2?K)] 0.39.81?0.153?(28?12)6上面：Gr?Pr? ?0.703?5.604?10?62(20?273)?(15.06?10)查表4-11，由于Gr?Pr?5.604?106?8?106，所以c?0.58,n?151 5Nu?0.58?(5.604?106)?12.98
0.0259?12.98?2.24[W/(m2K)]
0.151下面：查表4-11得，c?0.58,n?
4h?Nu?0.54?(5.604?106)?26.27
14h?0.0259?26.27?4.54[W/(m2?K)]
0.15每米管道与空气的自然对流换热量为
???(hA?t)?(2?4.17?2.24?4.54)?0.3?1?(28?12)?72.6(W)
13.在冬季，采暖房间的天花板表面温度13的自然对流表面传热系数及散热量。
0C，室内空气温度250C，天花板面积为(4?5)m2，求它
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14.从大容器饱和沸腾换热曲线（见教材图4-30）可看出，在横热流加热的情况下，水沸腾时沸腾曲线回从C点跃到E点，从而常使设备烧毁。用水壶烧开水也可近似视为横热流加热，但为什么不必担心水烧开前壶会烧毁？
15.大气压下的饱和水蒸汽在宽30cm、高1.2m的竖壁上凝结。若壁温为70凝结水量。（答案 每小时换热量Q16、一冷凝水器平管束由直径d0C，求每小时的换热量及
?21.14?104kJ，凝结水量m?93.7kg）
?20mm的圆管组成，管壁温度tw?150C。压力为0.045?105Pa的饱和水蒸汽在管外凝结。若管束在竖直方向上共有20排，叉排布置，求管束的平均对流表面传热系数。 （答案
h?3927W/(m2?K)）
第四章 辐射换热
1.平行放置的两块钢板，温度分别保持5000C和200C，发射率均为0.8，钢板尺寸比两钢板之间的距
离大的多。求二板的辐射力、有效辐射、投入辐射以及它们之间的辐射换热量。
解：辐射力
???1?T1?0.8?5.67?10?8?(500?273)4?16195.4(W/m2) ?'??2?T2?0.8?5.67?10?8?(20?273)4?334.3(W/m2)
有效辐射 由：
q12??1得J1?b1??b2??J1?q1?b1111??1??1
?2?1??b1??1?b1??b21??1?11?1??1
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工程热力学课后题答案
