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1、第7章 对流换热 题7-1 一个大气压下20℃的空气，以1.5m/s的速度流过温度为100℃的平面炉墙表面，炉宽1.0m,长2.0m，若不计自然对流影响，求炉墙的对流换热量。已知在60℃下空气的有关物性为 解： 对长L=2.0m的平板，有 层流 由 有 于是传热热量为 题7-2 一个大气压下24℃的空气，以60m/s的速度流过温度为216℃的平面炉墙表面，炉宽1.0m,长0.4m，若不计辐射换热，求炉墙的对流换热量。已知在120℃下空气的有关物性为 解： 所以，对长L=0.4m的平板有 湍流 从而有 于是传热热量为
2、 题7-3 水在内径d=0.03m、长度的水平直管中流动，管内水流速平均温度当管壁温度为时，求对流换热系数。已知水的物性参数为 当时， 解： 层流 可以选式（7.39）计算 故 题7-4 一直管内径为0.08m,管长为5m,管壁温度保持60℃，水与空气分别从管中流过，试分别计算水和空气从20℃加热到40℃时对流换热系数。已知管中水的流速为0.3m/s,空气流速为4.5m/s。已知在30℃下水的有关物性为 在30℃下空气的有关物性为 解： 故不考虑因粘度引起的误差修正。 又 对于直管，故不考虑入口段修正。 水：
3、 空气： 均为旺盛湍流,采用式（7.31） 水 空气 题7-5 长12m，外径0.3m的垂直蒸汽管外表面温度为60℃，试求在20℃的空气中此管单位长的散热量。在40℃下空气的有关物性为 解： 垂直圆柱管，定型尺寸为管长L=12m。 查表1可得：则 故 题7-6 水以0.8kg/s的流量在内径为d=2.5cm的管内流动，管子的内表面温度为90℃，进口处水的温度为20℃，试求水被加热至40℃时所需的管长。已知水的物性参数为 解： 流动为湍流。由于温差为60℃，故要作修正。 根据热平衡方程
4、流体得到（或失去）的热量=流体与管壁间的对流换热量 即 又 故不必进行管长修正。 题7-7 长10m,外径为0.3m的包扎蒸汽管，外表面温度为55℃，求在25℃的空气中水平与垂直两种方式安装时单位管长的散热量。已知在40℃下空气的有关物性为 解： (1) 水平安装时，特征尺寸为管子外径，即d=0.3m,则 查表1得： (2) 垂直安装时，特征尺寸为管子长度，即L=10m,则 查表1得： （3）以简化公式计算 1）水平安装时为层流，查表1得计算公式为 2）垂直安装时为湍流，查表1得计算公
5、式为 计算误差均未超过±5%。 题7-8 一水平放置的热力管道在厂房中散热。已知管道外径d=108mm,其外表面温度厂房内空气温度试计算每米管道由自然对流换热方式散失的热量。 解：本题符合采用专用式（7.23）的条件 平均换热系数 每米长管道自然对流换热的散热量为 题7-9 一台蒸汽轮机用冷凝器铜管根数n=6000,，管外径为23mm,壁厚1mm。冷却水进口处水温和管内壁温度分别为冷却水出口处水温和管内壁温度分别为冷却水流量冷凝器内冷却水为两个流程。试计算管内壁与水之间的平均对流换热系数。已知，水在31℃时的物性参数为： （提示：冷凝
6、器过流截面积为） 解：流动为湍流。对流换热系数为 题7-10 水式量热计为一外径的管子，用空气斜向吹过。空气速度与管子轴线的交角为60º。空气温度为20℃。稳定时量热计管子外壁温度℃，试计算管壁对空气的对流换热系数及单位管长的对流换热量。 已知在50℃下空气的有关物性为 解： 查表2得。由φ=60º查图1得。于是对流换热系数为 单位管长的对流换热量 题7-11、 30℃的空气以50m/s的速度外掠一块平板，平板保持210℃ 的板面温度，板长0.5m。试求平均换热系数。不计辐射换热。 已知在120℃下空气的有关物性为 解：
7、 平板后部以达到湍流区，全长平均换热系数为 1261 题7-12、某高炉冷却壁，其冷却水管内径d=58mm,有效长度L=1.75m,水在管内的流速v=1.5m/s,进出口平均温度Tf=40℃,管壁温度TW=47℃。试求水与管壁间的对流换热系数？已知水在40℃时物性参数为：。 解： 湍流 不需做温差修正。 由式（7.31）得 题7-13、水流过长L=5m的直管时，从被加热到。管子的内径水在管内的流速为2m/s,求对流换热系数。已知水在30℃时物性参数为： 解： 湍流 题7-14、一个大气压下，20℃下的空气以15m/s
8、的流速流过平板，板面温度为60℃。求距板端0.5m处的对流换热系数及单位板宽的传热量。查得40℃时空气的有关物性参数为： ℃）， Pr=0.699。 解： 层流 ℃） 设板宽为B,则 题7-15、空气正面横掠外径d=20mm的圆管。空气流速为1m/s。已知空气温度t0=20℃，管壁温度tw=80℃，试求平均表面传热系数。 已知温度为50℃时，λm=2.83×10-2W/（m。℃），υm=17.95×10-6m2/s 解：定性温度 查表知，当Re=40~4000时，c=0.606，
9、n=0.466，所以 答：平均表面传热系数为. 【题7-16】温度为25℃的空气，以7m/s的流速，分别横掠水平圆管和外掠平板。已知水平圆管的外径d为50mm，平板的长为1m，外壁温度均为155℃。试求两种情况下对流换热系数。 （已知90℃的空气，λ=0.0313 W/(m. ℃)，υ=22.1×10-6 m2/s，Pr=0.69） 表7.2 强制对流换热中的c及n值 解：定性温度： （1）计算横掠水平圆管的对流换热系数 横掠水平圆管 查表
10、的c＝0.171，n＝0.618 （2）计算外掠平板的对流换热系数 流动属于层流。 外掠平板 【题7-16】 25℃的空气以的速度流入平板，板长宽均为1m,板温为50℃，试计算距板端0.1m,0.5m,1各点的平板与空气的对流传热量。 解：查附录7的25℃空气的物性参数如下 ： ,， （1）距板端的平板 计算雷诺数 故可采用式（7.24）计算对流换系数 平板与空气的对流换
11、热量为 （2）距板端的平板 计算雷诺数 故可采用式（7.24）计算对流换系数 平板与空气的对流换热量为 （3）距板端的平板 计算雷诺数 故可采用式（7.24）计算对流换系数 平板与空气的对流换热量为 【题7-17】某一长为1m,宽为0.5m热板，在空气中进行冷却（热面朝上）。试求当热板表面温度为300℃，环境温度为20℃时热板自然对流散热量。 解：计算热板自然对流散热量，先必须确定乘积得数值，以判别流态而选用和得值 定性温度 ℃， 查附录7得相关物性参数为：
12、 ,， 空气的体积膨胀系数按计算，故 由此可算出： 按表7.1处于湍流流态，，则 于是平均换热系数 【题7-18】有一根水平放置的蒸汽管道穿过厂房，其保温层外径为583mm，外表面平均温度为48℃。已知周围空气温度为23℃，试计算每米长保温管道由自然对流引起的散热量。 解：定性温度 ℃ 查附录7有 ,， 空气的体积膨胀系数按计算，故 按表7.1处于层流流态时，，，则 于是平均对流换热系数 则每米长保温管道由自然对流引起的散热量 【题7-19】在稳态工作条件下，20℃的空气以
13、流速横掠外径为50，管长为3的圆管后，温度增至40℃。已知横贯内均布电热器消耗的电功率为1560W，试求横管外侧壁温。 解：定性温度 ℃ 查附录7有 , 由此算得雷诺数 按表7.27及表7.2得 于是平均对流换热系数 则横管由自然对流引起的散热量 从而可以计算出横管外侧壁温 ℃ 【题7-20】压力为的空气在内径为76的直管道内强制流动，入口温度为65℃，入口体积流量为，管壁的平均温度为180℃。试问将空气加热到115℃所需管长。 解：定性温度 ℃ 查附录7有 , , , 以管壁温度为定性温度，查得 空气的速度 由此算得
14、雷诺数 流动为湍流且温差为90℃较大，采用式（7.33）计算 于是平均对流换热系数 由热平衡得 代入数据为 求得所需管长 【题7-21】15℃的空气以10m/s的速度流过一块平板的两侧，板长为2m，宽为3m,平板温度为100℃，求平板的散热量。 解：流体定性温度 查附录7的有关物性参数如下 ,，， 计算流体的雷诺数 平板后部已达到湍流区，故采用式（7.25）计算 于是平板平均换热量为 【题7-22】空气温度为20℃，流速为5m/s,当对流换热表面温度
15、都为60℃时，求下面两种情况对流换热系数的相对大小：（1）空气纵掠长为20cm的平板；（2））空气横掠直径为20cm的圆柱。 解：流体定性温度 查附录7的有关物性参数如下 ,， （1）纵掠长为20cm的平板，计算流体的雷诺数 按式（7.24）计算 于是平板平均换热系数为 （2）横掠直径为20cm的圆柱，计算流体的雷诺数 按式（7.27）计算 于是圆柱平均换热系数为 【题7-23】直径d=5cm,温度为70℃的金属棒水平放置在10℃的空气中，计算初始散热量。 解：计算金属棒得平均换热系数，先必须确定乘积得数值，以判别流态而选用和得值 定性温度 ℃， 查附录7得相关物性参数为： ,， 空气的体积膨胀系数按计算，故 由此可算出： 按式（7.20）及表7.1得，，则 于是平均换热系数
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