传热学第七章答案.docx

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1、第七章思索题1 .什么叫膜状凝聚，什么叫珠状凝聚?膜状凝聚时热量传递过程的主要阻力在什么地方？答：谕聚液体在壁面上铺展成膜的凝聚叫膜状凝聚，膜状凝聚的主要热阻在液膜层，凝聚液体在壁面上形成液珠的凝聚叫珠状凝聚。2 .在努塞尔关于膜状凝聚理论分析的8条假定中，最主要的简化假定是哪两条？答：第3条，忽视液膜惯性力，使动量方程得以简化：第5条，膜内温度是线性的，即膜内只有导热而无对流，简化了能量方程。3 .有人说，在其他条件相同的状况卜;水平管外的凝聚换热肯定比竖宜管剧烈，这一说法肯定成立？答；这一说法不肯定成立，要看管的长径比。4 .为什么水平管外凝聚换热只介绍层流的准则式？常压下的水蒸气在=,.

2、=10C的水平管外凝聚，假如要使液膜中出现湍流，试近似地估计下水平管的直径要多大？答：因为换热管径通常较小，水平管外凝聚换热一般在层流范围。=wjJ对于水平横圆管：rW临界雷诺数由r,=I(X)C查表：r2257kJkg由O=95,查表：P=961.85w?%=0.6815W/(”K)即水平管管径达到2.07m时，流淌状态才过渡到湍流。5 .试说明大容器沸腾的。一加曲线中各部分的换热机理。6 .对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热忱形，分别说明限制热流密度小于临界热流密度及温差小于临界温差的意义，并针对上述两种情形分别举出一个工程应用实例。答：对于热流密度可控的设备，如电加热器，限制热流密

3、度小于临界热流密度，是为了防止设备被烧毁，对于壁温可控的设备，如冷凝蒸发器，限制温差小于临界温差，是为了防止设备换热量下降。7 .试对比水平管外膜状凝聚及水平管外膜态沸腾换热过程的异同。答：稳定膜态沸腾及膜状凝聚在物理上同属相变换热，前者热量必需穿过热阻较大的汽膜，后者热量必需穿过热阻较大的液膜，前者热量由里向外，后者热量由外向里。8 .从换热表面的结构而言，强化凝聚换热的基本思想是什么？强化沸腾换热的基本思想是什么？答：从换热表面的结构而言，强化凝聚换热的基本思想是尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度，强化沸腾换热的基本思想是尽量增加换热表面的汽化核心数。9 .在你学习过的对流换热中.表面传热

4、系数计算式中显含换热温差的有哪几种换热方式？其他换热方式中不显含温差是否意味着及温差没有任何关系？答：表面传热系数计算式中显含换热温差的有凝聚换热和沸腾换热。不显含温差并不意味着及温差无关，温差的影响隐含在公式适用范闱和物件计算中。10 .在图7-14所示的沸腾曲线中，为什么稳定膜态沸腾部分的曲线会随的增加而快速上升？答：因为随着壁面过热度的增加，辐射换热的作用越加明显。习题基本概念及分析71、试将努塞尔于蒸气在竖壁上作层流膜状凝聚的理论解式(6-3)Gu=/表示成特征数间的函数形式，引入伽里略数/及雅各布数Ja=-r-r。为,-1.)Jg力浦Ix解：IV亿一”“，NiI=OT4等=0725(

5、GW7-2,对于压力为0.1013MPa的水蒸气，试估算在加丁=10七的状况下雅各布数之值，并说明此特征数的意义以及可能要用到这一特征数的那些热传递现象。解1.*,5720/g,422%g”二2257.1x1()3j=r“-4220x1(),G代表了汽化潜热及液膜显热J=-!降之比;进一步一般化可写为“代表了相变潜热及相应的显热之比，在相变换热(凝聚、沸腾、熔化、凝固等都可以用得上)。7-3.如的水蒸气及乙二如:的R134a蒸气.在等温竖壁上膜状凝聚，试计算离开x=0处为0.1m、0.5m处液膜厚度。设Ar=(T,=5。解：1.-I,近视地用J计算物性，则：对水：A1=0.635,%=6533

6、x1.08=992.2,3240710%#：对R34a4=6850,孙=4.286XK)YXII46.2=4912.6x10,/,=1146.2r=163.23X10jX6(r)4,3工产-4X653.3XIOFXO.635X51%/RprJ=9.8992.2224O7IO,JXX=O.1、=,35710-*0.562=7.7281.5m=7.72810211n=Q5、S(X)=1.357()7.5%=j.3751040.84Im=1.156104mmJ(X)=对R134a：4X4912.6X1OfX().0750x5匕9.81146.22X163.23XIO3=0、5()2.433IO,0.

7、=I.368IO4m=1.36810!mm.X=O.5S(X)=2.433x10TXo=2.433IoT0.84Im=2.0461.(1.mm7-4、当把一杯水倒在一块赤热的铁板上时.板面马上产生很多跳动着的小水滴，而且可以维持相当一段时间而不被汽化掉。试从传热学的观点来说明这一现象常称为莱登佛罗斯特(1.CidenfroSt)现象,并从沸腾换热曲线上找出起先形成这一状态的点。解：此时在炙热的表面上形成了稳定的膜态沸腾，小水滴在气膜上蒸发，被上升的蒸汽带动，形成跳动，在沸腾曲线上相应于q.X见图6-11)的点即为起先形成现象的点。凝聚换热7-5,饱和水蒸气在高度1=1.5m的竖管外表面上作层流

8、膜状凝聚。水蒸气压力为P=25xI0%,管子表面温度为123。试利用努塞尔分析解计算离开管顶为0.Im、0.2m、0.4m、0.6m及1.Om处的液膜厚度和局部表面传热系数。解:水蒸气，=2.5x103对应的饱和参数:127.2。Cr=21818。何定性温度:J=(+J2=(127.2+123)/2=125C查表得/i=68.6IO2W(zzK)77=227.61O(w)4枢（1.3.由I解得X0.10.20.40.61.0(mm)0.0610.0730.0860.0960.109hx1123294457942717763167-6,饱和温度为50的纯净水摸汽在外径为25.4mm的竖宜管束外凝

9、聚，蒸汽及管壁的温差为11,每根管于长1.511,共50根管子。试计算该冷凝器管束的热负荷。解CJi%，-%制,6065x1.0r=23827x1.Xg,设流淌为层流，I11-g-Ixh=1.w1.1.S4h1.t44954.81.51.1.R=r,2,383XIO6X606,510=226.31600,故为层流。整个冷凝器的热负荷Q=504954.83.14160.02541.511=326.2kWo7-7、立式氨冷凝器由外径为50mm的钢管制成。钢管外表面温度为25C,冷凝温度为30C。要求每根管子的氨凝聚量为0.009kgs,试确定每根管子的长度。25+30解.t-2,H=颂加，f=0.

10、5105VV/(mC)jU,=20-4kg(m.s)fr=1145.810,J,由AAZ=G/,得：加Mr设流淌为层流，则有：I.go；：Fh=u(,-w)0.009x1145.8x10,尚代入1.的计算式，得：1.=3.14160.055537().3(13129.91%_n.所以1.=I5370.3/,h=5370.3x3.293-/=3986.6W(m2.k),4x3986.6x3.293x5,=1086,2.1110-,故为层流。7-8、水蒸汽在水平管外凝聚。设管径为25.4mm,壁温低于饱和温度5-C,试计算在冷凝压力为5x1.0Pa,5x1.OPa、0Pa及0*a下的凝聚换执表面传

11、执系数。解：症式(6-5计算，各压力下的物性及换热系数之值如下表示：P./(IOsPa)0.050.51.010.0XJ(4C)32.481.599.8179.8t(4C)34.984102.3182.3p1CO993.98969.2956.7884.4X,/W/(m.k)0.6260.67640.68350.6730u,X107kg(m.s)728.8379.02277.1151.0r/(KJZkg)2425230522602019h/W/(m.k)114501393315105161387-9、饱和温度为30C的氨蒸汽在立式冷凝器中凝聚。冷凝器中管束高3.5m,冷凝温度比壁温高4.试问在冷

12、凝器的设计计算中可否采纳层流液膜的公式。物性参数可按30C计算。解：依据附录13,30C的氨液的物性参数为：先按层流计和1.13=4322W/(nrJc)9.8x1143850595.4:0.4583,4432234.4I1.4385OX0.214310-6595.4=1587=9585kg，而，A,=0.6829W!m.K,%=2832xK)Sg/Wr=2257x0J*g,设为膜状凝聚,1.13h=gnin伊:d：4u1.1.(tf-t)假如其它条件不变，但改为及水平方向成30角，则h为原来的(铲2Y=O872=87.2%,因而凝聚量亦将是现在的87.2%。7-12,压力为1.O1.3x1.

13、O5Pa的饱和水蒸汽，用水平放置的壁温为90C的铜管来凝聚。有下列两种选择：用一根直径为IoCm的铜管或用10根直径为ICm的铜管。试问：(D这两种选择所产生的凝聚水量是否相同？最多可以相差多少？(2)要使凝聚水量的差别最大，小管径系统应如何布置(不考虑容枳的因素)。(3)上述结论及蒸汽压力、铜管壁温是否有关(保证两种布置的其他条件相同)？解：水平管的凝聚换热公式两种方案的换热表面积相同，温差相等，山牛顿冷却公式h1.1.AA1.=%,A,故凝液量心=：=因此，两种方案的凝液量之比故小管径系统的凝液量是大管径系统的1.778倍。只要保证蒸气压力和管壁温度在两种状况下相同，上述结论及蒸气压力和铜管壁温无关。7-13.一卧式水蒸汽冷凝器管子的直径