传热学模拟试题及参考答案

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解： (1)由时间常数的定义得： ρcV ρcR ρcd τc = = = hA 3h 6h 则d= 6 hτ c 6 × 400 × 1 = = 0.71 × 10 3 (m) ρc 8500 × 400

(5 分)

(2)由 τ = τ c ln(

θ0 ) 得： θ

25 200 ) = 5.16 ( s ) (5 分) 199 200 (3)此时热电偶吸收得总热量为： 1 Q = ρcV (t t 0 ) = 8500 × 400 × π × (0.71 × 10 3 ) 3 × (199 25) = 0.1108 ( J ) 6 (5 分) 2.水流过长为 10m 的直管，入口温度为 20℃,出口温度为 40℃,管内径 d=20mm,水在管内 流速为 2m/s,求对流换热系数和平均管壁温度。 已 知 ： 30 ℃ 水 的 物 性 为 λ = 0.618W/(m · K) , ν = 0.805 × 10 - 6m2/s , Pr=5.42 , ρ = 995.7kg/m3,cp=4.17kJ/(kg·K)。管内紊流强制对流换热关联式为

τ = 1 × ln(

Nu = 0.023 Re 0.8 Pr 0.4 。

解：定性温度

t f = (20 + 40) / 2 = 30 ℃

(1 分)ud ) 0.8 Pr 0.4

Nu = 0.023 Re 0.8 Pr 0.4 = 0.023 × (

2 × 0.02 0.8 = 0.023 × ( ) × 5.42 0.4 = 258.43 0.805 × 10 6 0.618 × 258.43 = 7985.4 (W / m 2 K ) d 0.02 由热量平衡得： h= = q m c p (t1 ' ' t1 ' ) = hπdl t t = q m c p (t1 ' ' t1 ' ) =

ν

(3 分)

λNu

(2 分)

(3 分)

则：=

hπdl duρc p (t1 ' ' t1 ' ) 4hl

πd 2 ρu c p (t1 ' ' t1 ' ) 4 hπdl

0.02 × 2 × 995.7 × 4170 = = 10.4 4 × 7985.4 × 10

(2 分)

设管壁平均温度为 t,则：

t =

(t 20) (t 40) = 10.4 t 20 ln( ) t 40

(3 分)

解得：t=43.4℃

(1 分)

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