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时间:2020-03-15
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1、2-47核反应堆的辐射防护壁因受射线的照射而发热,这相当于防护壁内有的内热源,其中是X=0的表面上的发热率,a为已知常数。已知x=0处t=t1,x=处t=,试导出该防护壁中温度分布的表达式及最高温度的所在位置。导热系数为常数。解:由题意导热微分方程又x=0处t=t1,x=处t=积分并结合边界条件可得令可得:当时,t最大。2-52在外径为25mm的管壁上装有铝制的等厚度环肋,相邻肋片中心线之间的距离s=9.5mm,环肋高H=12.5mm,厚=0.8mm。管壁温度℃,流体温度℃,管壁及肋片与流体之间的表面传热系数为110。试确定每米长肋片管(包括肋片及基管部分)的散热量。解
2、:查表得W/(m.K)从图查得,肋片两面散热量为:肋片的实际散热量为:两肋片间基管散热量:总散热量为2-76刚采摘下来的水果,由于其体内葡萄糖的分解而具有“呼吸”作用,结果会在其表面析出C,水蒸气,并在体内产生热量。设在通风的仓库中苹果以如附图所示的方式堆放,并有5℃的空气以0.6m/s的流速吹过。苹果每天的发热量为4000J/kg。苹果的密度,导热系数=0.5;空气与苹果间的表面传热系数h=6。试计算稳态下苹果表面及中心的温度。每个苹果可按直径为80mm的圆球处理。解:利用有内热源的一维球坐标方程:,,,边界条件为:。为满足第一边界条件,必须为0。代入第二条件:,即:
3、,由此得:,温度分布为:,由此得:当时,;当r=0时,。也可由稳态热平衡得出:,由此得:,,,。2-84一种利用对比法测定材料导热系数的装置示意图如附图所示。用导热系数已知的材料A及待测导热系数的材料B制成相同尺寸的两个长圆柱体,并垂直地安置于温度为的热源上。采用相同办法冷却两个柱体,并在离开热源相同的距离处测定两柱体的温度。已知=200,=75℃,=65℃,=100℃,=25℃。试确定之值。解:设圆棒可作为无限长情形处理,即:。则有:,因而对两个棒有:,讨论:如果测得了A、B两棒不同x处具有相同得温度,也可据。如上题设=0.15m,=0.075m具有相同得温度,在仍有
4、:,。因为,故,亦即,其中均相同,故有:,即。3-25有一航天器,重返大气层试壳体表面温度为10000C,随即落入温度为50C的海洋中,设海水与壳体表面间的传热系数为,试问此航天器落入海洋后5min时表面温度是多少?壳体壁面中最高温度是多少?壳体厚,,,其内侧可认为是绝热的。解:由图3-6查得,由图3-7查得3-60、已知:一大型加热炉炉底厚50mm,初温为25,,,点火后,。按工艺要求炉内各表面均应加热到1500方可投入使用。求:从开始点火到满足这一条件所需的时间。解:近似地认为炉底外表面是绝热的,则这是一厚为的无限大平板的非稳态导热问题。,由图3-7查得,。,由图3
5、-6查得,即。5.7无答案5-12、已知:、100℃的空气以v=100m/s的速度流过一块平板,平板温度为30℃。求:离开平板前缘3cm及6cm处边界层上的法向速度、流动边界层及热边界层厚度、局部切应力和局部表面传热系数、平均阻力系数和平均表面传热系数。解:定性温度℃,,,。(1)处,动量边界层厚度5-16、已知:将一块尺寸为的薄平板平行地置于由风洞造成的均匀气体流场中。在气流速度的情况下用测力仪测得,要使平板维持在气流中需对它施加0.075N的力。此时气流温度℃,平板两平面的温度℃。气体压力为。求:试据比拟理论确定平板两个表面的对流换热量。解:,边界层中空气定性温度为
6、70℃,物性:利用Chilton-Colburn比拟:。这说明Chilton-Colburn比拟对层流运动也是适用的,即适用于平均值也适用于局部值。6.10无答案6-20、已知:一螺旋管式换热器的管子内径为d=12mm,螺旋数为4,螺旋直径D=150mm。进口水温℃,管内平均流速u=0.6m/s,平均内壁温度为80℃。求:冷却水出口水温。解:此题需假设进行计算。经过数次试凑后,设℃,则℃,物性值:,。每根管长:,采用式(5-56)得:,,传热量:,热平衡热量:与相差小于1%,故℃即为所求之值。6-23、已知:如图,一电力变压器可视为直径为300m、高500mm的短柱体,
7、在运行过程中它需散失热流量为1000W。为使其表面维持在47℃,再在其外壳上缠绕多圈内径为20mm的管子,管内通过甘油以吸收变压器的散热。要求外壳温度维持在47℃,甘油入口温度为24℃,螺旋管内的允许温升为6℃,并设变压器的散热均为甘油所吸收。27℃时甘油的物性参数如下:。47℃时甘油的。求:所需甘油流量、热管总长度以及缠绕在柱体上的螺旋管的相邻两层之间的距离s。解:假设:1、略去动能与位能的变化;2、略去管壁阻力。由热平衡,取6℃温升,找出质量流率:,所以流动为层流。设流动与换热处于层流发展段,因为,略去弯管作用不计,采用齐德-泰特公式
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