傳質(zhì)傳熱學作業(yè)

1、第一章第一章 作業(yè)作業(yè) 2，32解：4444b 1b2b12qTTTT 32221kcal/(m h C)1.163W/(mC)=1.163W/(m K)1/421/421/42=1.15(/ ) kcal/(m h C)1.15(/ )1.163W/(m K)1.33745(/ ) W/(m K)ht dt dt d作業(yè)總結(jié)作業(yè)總結(jié) 熱流密度熱流密度q q無須加絕對值符號，正負號代表熱無須加絕對值符號，正負號代表熱流的流向。流的流向。 注意單位，如注意單位，如h h表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)或稱換熱系數(shù)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)或稱換熱系數(shù)，單位單位W/(mW/(m2 2)或或W/(mW/(m2 2K)K) 不需要換

2、算成基本單位，最終單位應該以課本不需要換算成基本單位，最終單位應該以課本中給定的對流換熱系數(shù)單位為準，見第中給定的對流換熱系數(shù)單位為準，見第5 5頁頁習題答案習題答案1-41-10(a)(a)通過流體實現(xiàn)的熱量傳遞方式有熱傳導通過流體實現(xiàn)的熱量傳遞方式有熱傳導(b)(b)通過流體實現(xiàn)的熱量傳遞方式有熱傳導通過流體實現(xiàn)的熱量傳遞方式有熱傳導+ +熱對流熱對流在測試流體的導熱系數(shù)的時候需要排除熱對流的影響，在測試流體的導熱系數(shù)的時候需要排除熱對流的影響，因此選因此選(a)(a)2102112()()1.04 20 (52050)0.1375.2ttdtAdxAdtdxdxAdxA ttA ttkW

3、 每天用煤：每天用煤：424 3600 75.2310.92.09 10mkg爐墻熱損失：爐墻熱損失：1-16解：解：(1)在靜止空氣中的散熱量：在靜止空氣中的散熱量：21121530202150.25 1.750.12510213.53dh A tdhW 222500.25 1.750.12510711.77h A tW (2)在流動空氣中的散熱量：在流動空氣中的散熱量：(3)風冷溫度：風冷溫度：22221122111122736.31303033.333.33150.25 1.7520.125h A tttttth Ah Ah At 1-181-31航天器單位表面上的換熱量：航天器單位表面

4、上的換熱量：()(400.15)24484411232323315.6710300.15992.25/12717.50.1127992.2517.50.1992.250.112717.5132.67wwwwwwwqTTWmtttqttC 表面表面1 1到表面到表面2 2的輻射換熱量的輻射換熱量q q1 1= =表面表面2 2到表面到表面3 3的導熱量的導熱量q q2 2：2504840.7 5.67 101155.04ATW 作業(yè)總結(jié)作業(yè)總結(jié) 不同物理量的單位一定要弄清楚不同物理量的單位一定要弄清楚 當量溫度是當?shù)綗o風的日子當量溫度是當?shù)綗o風的日子 人的表面積相當于柱面人的表面積相當于柱面+

5、+上底面，下底面與地接觸，上底面，下底面與地接觸，不計入?yún)⒁姴挥嬋雲(yún)⒁奝22P22例題例題1-51-5 獲得數(shù)據(jù)結(jié)果之后，要想一想從數(shù)據(jù)中能夠得到獲得數(shù)據(jù)結(jié)果之后，要想一想從數(shù)據(jù)中能夠得到什么結(jié)論，培養(yǎng)自己看數(shù)據(jù)說話的能力。什么結(jié)論，培養(yǎng)自己看數(shù)據(jù)說話的能力。 作業(yè)中帶有一些實驗分析方面的內(nèi)容，彌補沒有作業(yè)中帶有一些實驗分析方面的內(nèi)容，彌補沒有實驗課的不足實驗課的不足第二章第二章 作業(yè)作業(yè) 1，21解：222222()ttttcxyzc22220ttxy()()()ttttcxxyyzz22220ttxy 分析過程同上，溫度場相同22220ttxybdb,0dxtxxbdqb,dxtxx 2f

6、bh( - )db,dxt ttxx 2wwfd0,0d,()trrrR qh tt作業(yè)總結(jié) 1寫出導熱微分方程和邊界條件，如果邊界條件和微分方程不包含任何物性常數(shù)如 、 c等，則溫度場相同，否則溫度場不同。 2溫度場關(guān)于中心對稱，且在軸線上達到最高溫度。第三章第三章1 1 作業(yè)作業(yè) 2，5，62 解：通過兩層的熱流密度小于1500W/m2221312212275055W / m1500 W / m0.021.30.1750550.020.1 m0.0448 m15001.3tttqR5 解：根據(jù)附錄3查得超細玻璃棉氈平均導熱系數(shù)為21/dd22120.0330.00023t0.0330.00

7、023 (40050) 20.0848W / m K2 l0.0848 21 (40050)t163WddInInd0.10.0848 21 350dexp() 0.10.314m1630.107 m2 6 解12IU0.123 151.845W0.150.0751.84520.356 W / m Cd dt0.075 0.1552.847.3 第三章第三章2 2 作業(yè)作業(yè) 7，10，117 解：套管的長度為H,溫度計讀的的溫度為tH,蒸汽真實溫度為tf,鋼管溫度為t0,題中Hf0f310.6%ch()166.67ch()5.809249.1 0.9 105.80925.80920.1192

8、m105ttmHmHtthmHHHh 10 對于單層圓筒壁其導熱系數(shù)只與溫度存在函數(shù)關(guān)系，而與空間和時間不存在關(guān)系所以其溫度分布仍與恒導熱系數(shù)的相同，即：121121ln()ln()ttttr rr r 12001201212122121122222ln()ln()ttbb ttlb ttttl ttr rr r 11 加熱爐實際上是一個立方殼體，內(nèi)側(cè)每邊的長度為1m，外側(cè)每邊為1+0.225*2=1.45m，用表3-2中爐墻與交邊來計算需要通過三維拼圖來獲得三塊不同尺寸的折板，確定折板的各自尺寸a，b，l滿足條件，立方形殼體由6個1m*1m*0.225m的板，12個1m*0.225m*0.2

9、25m的邊，8個0.225m*0.225m*0.225m的角構(gòu)成對于板S=A/L=1*1/0.225=4.444m對于邊S=0.54D=0.54*1=0.54m對于角S=0.15*0.225=0.03375mS t 第四章第四章1 1 作業(yè)作業(yè) 1，2，3，5，91解：可依據(jù)以下公式進行求解，其中t0表示土壤的初始溫度，tw表示土壤表面溫度，t表示免凍溫度，即為零度，a表示土壤的熱擴散率，表示埋入深度x處土壤達到零度所需的時間60015erferf201522 0.138 1060 24 36000.429erf0.40.6771.6921.692 wwttxxttaxxxm（）（）2解：可依

10、據(jù)以下公式進行求解，其中t0表示砂型的初始溫度，tw表示鑄件與砂型接觸面的溫度，t表示時間后砂型外側(cè)溫度，a表示土壤的熱擴散率，x表示砂型厚度600.50.46erf0.4846622 0.69 10120 3600)erf80020800) 0.48466421.97wwxNNattttN（3解：蓄熱系數(shù)的定義式為：因為使用的造型材料，砂型密實度都一樣，所以,c,的數(shù)值是一樣的，所以兩個砂型的蓄熱系數(shù)一樣大。凝固系數(shù)的定義式為：,bcca 其中 表示材料的導熱系數(shù)， 表示比熱容， 為密度0002 (),(), , ,660wwppwwb ttKtttLc ttbc tt 其中 ：壁面溫度，

11、：初始溫度， ：液態(tài)金屬的溫度，由于同樣造型，同樣密實度，所以都是相等的，而澆注溫度 ，鋁是，銅是1083，凝固潛熱L,鋁是400kJ/kg,銅是207.2kJ/kg。所以兩個造型的凝固系數(shù)不同，銅的凝固系數(shù)要大一些。5解：可依據(jù)凝固系數(shù)的定義式進行求解，其中t0表示鑄型初始溫度，tw表示鋁的凝固溫度，b表示鑄型的蓄熱系數(shù)，表示鋁的密度，L表示鋁的凝固潛熱，c表示鋁的比熱容，tp表示澆注溫度（1）澆注溫度為758時，凝固系數(shù)為：（2）澆注溫度為809時，凝固系數(shù)為：031/22 ()2 13.4 (660300)()2700400 1.290 (758660)3.83 10 m/swpwb t

12、tKLc tt031/22 ()2 13.4 (660300)()2700400 1.290 (809660)3.4 10 m/swpwb ttKLc tt93000.,135 0.0117.8 10128,48450.9830200.021,500200 01m5003020wmwfwfmmwxXhBiBitttt解：鋼板半厚為初始溫度為，最終表面溫度為，環(huán)境溫度為,所以表面上無量綱長度為，=從圖可以查得平板表面上，另一方面，根據(jù)已知條件，表面上的無量綱過余溫度平板中心的無量綱過余溫度0250.0210.021,475500.980.015504015s=1.12h1.37 10wFo查表得

13、所以作業(yè)總結(jié) 1，2注意高斯誤差函數(shù)查表 3用蓄熱系數(shù)的定義式進行比較。關(guān)于凝固系數(shù)的比較，雖然結(jié)果是正確的，但是沒有人注意到不同材料的凝固潛熱是不同的，L銅L鋁。 5基本沒有問題 9主要問題在于做事不認真，細節(jié)決定成敗，F(xiàn)0400我基本認為是正確的第四章第四章2 2 作業(yè)作業(yè) 11，15，16 11為保險起見，首先采用集總參數(shù)法判據(jù)0.05200(/)330.07443330.1VVRhh VABiMBiM00150 100.5833250 10mfmftttt=144.84.48200 0.05BihR2250.9 0.050.9183s1.229 10aFoR100.

14、90.9 140 10136150 10wfwwwmmftttttt2252222001.229 101830.044844.8h aBi Fo0.2232Bi 00.4QQ30330000355504()44()()()33340.0544.8 (250 10)4.58 10 J3 1.229 100.41.832 10 JffffRttQV c ttRc ttRttaaQQ 15高碳鋼高碳鋼C0.60%C0.60%，中碳鋼，中碳鋼0.25%C0.60%0.25%C0.60%，低碳鋼，低碳鋼CC 0.25%0.25%，工業(yè)純鐵，工業(yè)純鐵C0.04%C0.04%。47.8429.1(/)784

15、0 870 100.008420.10.05,0.1VVmhh VAABiMBiM44004429.1 870 107.71 107.84 418.730200.0172exp60020exp7.71 10In0.01725270s=1.46h7.71 10ffhAhAhAmcVmcctthAttcV 16332.094 1036.1s582.094 1018.1s116cVcVAhAhcVcVAhAh作業(yè)總結(jié) 11環(huán)境溫度統(tǒng)一用tf表示，表面溫度統(tǒng)一tw表示，沒有真正理解公式（4-20） 15每一個字符包括下標都是有含義的，不能隨便使用，集總參數(shù)法從不關(guān)心部件中心或表面的溫度，而只是關(guān)心部件

16、整體的溫度，因此只有初始過余溫度和任意時刻的過余溫度，沒有中心過余溫度和表面過余溫度。 16注意00()fQV c tt343VR22.094/mCkJcVAwfwmmftttt第五章第五章1 1 作業(yè)作業(yè) 1，3 11001100010011000100099910009991001999100199922.27422.2510.023 mV/ C1001 100022.25122.2270.024 mV/ C100099922.27422.2270.0235 mV/ C1001 999VVdVdtttVVdVdtttVVdVdttt112iiitttxx 3根據(jù)23頁，222222tttt

17、cxyzc2222( )0000ttytzt22d( )0dttx0 111122112112222,2mmmmmmmmmmmmttttdtdtdxxdxxdtdtdxdxtttd tdxxx( )()mmtt22( )0d ttd x1122()0mmmmttttx0, ()0mxt 1120mmmttt作業(yè)總結(jié) 1.主要問題出在中心差分格式的計算過程，牢記一階導數(shù)的中心差分格式。另外注意計算所得的物理量的單位是mV/。 3.一維導熱問題，所以溫度下標只有m,沒有n,所有一維穩(wěn)態(tài)導熱問題的差分方程是 就像二維穩(wěn)態(tài)導熱問題的差分方程是1120mmmttt1,1,1,1,40mnmnm nm n

18、m ntttttddtx第五章第五章2 2 作業(yè)作業(yè) 2，4答案 212312312321312331211002255221001252202022522520120225tttttttttttttttttt 4 例題5-4中有限差分采用的是顯式格式，對于顯式格式差分方程的解收斂的條件是0r1/2，其中2arx202xa 2250.013.5971 s22 1.39 10 xa03.5971 s 作業(yè)總結(jié) 2.計算過程簡單，基本是代公式計算，偶有錯誤發(fā)生。 4.偶有丟失時間單位，另外大于號還是小于號沒搞清楚，可能受5-9程序結(jié)構(gòu)框圖的誤導。第六章第六章2 2 作業(yè)作業(yè) 1，2，4 1特性溫度

19、：tm=(170+30)/2 =100 查附錄5得：m=3.2110-2 W/(m )m=23.1310-6 m2/sPrm=0.688空氣的體脹系數(shù)V=1/T=1/373K-1由此計算出：按表6-1處于湍流流態(tài)，C=0.11,n=1/3Num=0.11(GrmPrm) 1/3=0.11(1.858210110.688)1/3=554.1433V,m112212m9.81 31401.8582 10373 23.1310gHtGr22mm554.14 3.21 105.93 W/(mC)3Nuhl45.93 3 12 1402.99 10WQh A t 2邊界層平均溫度，tm=(tw+tf)/

20、2 =(48+23)/2=35.5符合準則關(guān)系式1/41/42251.341.343.429 W/(mC)0.583thdwf()3.429 25 0.583 1157 WQh ttA 4對于豎圓柱對于橫圓柱3V,mm,12mgLtGr3V,mm,22mgdtGr3m,13m,2GrLGrdm,11/41/4m,1m,111/4m,22m,2m,20.590.590.69120.480.48NuNuGrhdddLNuhNuLGrLLd第六章第六章3 3 作業(yè)作業(yè) 5，6，7，105 定性溫度tm=(tw+tf)/2 =(128+52)/2=90 查附錄得=22.1010-6m2/s， =3.1

21、310-2W/(m)，Pr=0.69 計算Re=ufl/=100.3/22.1010-6=1.361055105 平板處于層流區(qū)Nu=0.664Re0.5Pr1/3=0.664(1.36105）0.50.691/3=216.3822223.13 10216.38W/(m K)22.58W/(m K)0.322.58 0.3 0.1 (12852)W/(m K)51.48WhNulh A t 6 臨界雷諾數(shù)Re=5105,定性溫度分別取空氣與水的溫度，空氣的定性溫度為25，從附錄5中可以得到對應溫度20時，=15.0610-6m2/s，對應溫度30時，=1610-6m2/s，所以tm= 25時，

22、=（15.06+16）/210-6m2/s=15.5310-6m2/s 水的定性溫度為25，從附錄7中可以得到對應溫度20時，=1.00610-6m2/s，對應溫度30時，=0.80510-6m2/s，所以tm= 25時，=（15.06+16）/210-6m2/s=0.905510-6m2/s7 定性溫度tm=(tw+tf)/2 =(40+20)/2 =30 查附錄得=1610-6m2/s，=2.6710-2W/(m) ，電阻絲每米散發(fā)的熱量為17.8W，是通過與空氣的對流換熱傳遞出去的，所以232317.8W /(m K)2.833 10 W /(m K)0.1 104020llllq lq

23、 lh A tq lhA td l tqd t 3322.833 100.1 1010.612.67 10hdhNuNud 若4Re40,c=0.809,n=0.385，得Re=800.3695不符范圍 若40Re4000,c=0.606,n=0.466，得Re=465.4820符合范圍 若4000Re40000,c=0.171,n=0.618，得Re=795.8665不符合范圍 若40000Re250000,c=0.0239,n=0.805，得Re=1.9435103不符合范圍 所以Re=465.4820，所以63465.482 16 10m/s74.4771m/s0.1 10ulReReu

24、l10 對于空氣，定性溫度50 ， air=17.9510-6m2/s，air=2.8310-2W/(m) ，Prair=0.698，Reair=uaird/air，因為是管內(nèi)湍流所以Nuair= 0.023Reair0.8Prair0.4， 對于氫氣，定性溫度50 ，H2=H2/H2=1.246410-4m2/s，H2=19.4210-2W/(m) ，aH2=H2/(H2cH2)=1.791210-4m2/s，PrH2=H2/aH2=0.6958，ReH2=uH2d/H2，因為是管內(nèi)湍流所以NuH2= 0.023ReH20.8PrH20.4，airairairhNudH2H2H2hNud0.

25、H2airH2H2H2H2H2H2H20.80.4airairairairairH2airairair0.80.417.950.695819.421.4543124.640.6982.83NuRePrPrhNuRePrPrh第七章第七章1 1 作業(yè)作業(yè) 2，3，42 爐膛上的小孔近似于黑體4452bb1500C10 W/m100100TE 3 相當于微元面dA1對微元面dA212d1,d222coscosdXAr4 =AEb=pi*d*l*Eb*=1000W4442bb1120C=8.9219 10 W/m100100TE 第七章第七章2 2 作業(yè)作業(yè) 5，9，1151.5m(2)(4)1 m1.5 m1 m1 m(3)(1)X(1+3),(2+4) X(1+3),(4)X(3),(2+4)X(3),(4)Z/X1.671.01.671.0Y/X1.331.330.6670.667角系數(shù)角系數(shù)0.190.1650.2750.255/ZXX(2),(1+3) X(2),(3)Z/