5. 有一热风炉外径D=7m，高H=42m，当其外表面温度为200℃，与环境温度之差为40℃，求自然对流散热量（原答案缺少最後一步，已添加） 解：定性温度 t?200?(200?40)?180?C
2定性温度下空气的物性参数为：
??3.78?10?2w.m?1?C?1, v?32.49?10?6m2.s?1, Pr?0681
依题应为垂直安装，则特徵尺寸为H = 42 m.
g?TH39.81?40?42313GrPr??P??0.681?4.14?10, 为湍流. r2?62vT(32.49?10)?(180?273)查表得 c?0.1 n?1 3Nu?0.1?(4.14?1013)0.333?1590.27
1590.27?3.78?10?2??Nu?H??3.1wm2?C
42自然对流散热量为 Q??A(Tw?Tf)?3.1???7?42?40?1.145?10W 6
7.
在外掠平板换热问题中，试计算25℃的空气及水达到临界雷诺数各自所需的板长，取流速v=1m/s计算，平板表面温度100℃（原答案计算有误，已修改） 解：定性温度为tm?5tw?tf2?100?25?62.5?C 2(1).对於空气查附录计算得 v62.5?C??18.97???20.02?18.97??2.5??10?6?19.23?10?6m2/s
10?5?6 Re?v?lv?l?Re?vv??5?10?19.23?101?9.62m
(2). 对於水则有 ： v62.5?C??0.478???0.478?0.415??2.5??10?6?0.462?10?6m2/s
10?5?6 Re?v?lv?l?Re?vv??5?10?0.462?101?0.231m
8.
在稳态工作条件下，20℃的空气以10m/s的速度横掠外径为50mm，管长为3m的圆管後，温
度增至40℃。已知横管内匀布电热器消耗的功率为1560W，试求横管外侧壁温（原答案定性温度计算有误，已修改） 解： 采用试演算法
假设管外侧壁温为60℃，则定性温度为 t?(tw?tf)2?(60?20)2?40?C
?2?1?1?62?1 查表得 ?m?2.76?10w.m.?C vm?16.96?10ms Pr?0.699
c?0.17110?50?10?34??2.95?10 Re?Vdv? ， 4000?Re?4000016.96?10?6n?0.618 Nu?cRe?0.171?(2.95?10)n40.618?98.985
2.83?10?22?55.975wm.?C ??Nu?98.985??3d50?10? ???A(Tw?Tf) 即:
1560?55.975?3.14?50?10?3?3?(Tw?20)?Tw?79.17?C
与假设不符，故重新假设，设壁温为80?C.则定性温度 tm?(tw?tf)2?(80?20)?50?C 2?2?1?1?62?1查表得 ?m?2.83?10w.m.?C vm?17.95?10m.s， Pr?0.698
c?0.17110?50?10?34??2.79?10 Re?Vdv?， ， 4000?Re?40000?617.95?10n?0.618 Nu?cRe?0.171?(2.79?10)n40.618?95.49
2.90?10?2?55.38wm2.?C ??Nu?95.49??3d50?10??3 ???A(Tw?Tf)，即：1560?55.38?3.14?50?10?3?(Tw?20)?Tw?79.80?C
与假设温度误差小於5%，是可取的。即壁面温度为℃.
10.
5
压力为*10Pa的空气在内径为76mm的直管内强制流动，入口温度为65℃，入口体积流量为s，管壁平均温度为180℃，试问将空气加热到115℃所需管长为多少？
解：强制对流定性温度为流体平均温度流体平均温度Tf?得
65?115?900C，查查附录F2?f?22.10?10?6m2.s?1,?f?3.13?10?2w/m.0C,Cp1.009?103J/Kg.0CPrf?0.69,?f?21.5?10?6Pa.S
qvvd0.076?0.022?A??1.67?104?104为旺盛湍流。 ?Ref?2?6vfvf3.14?0.038?22.10?10d由於流体温差较大应考虑不均匀物性的影响，应采用实验准则式（10-23或24）计算Nuf
0?6即 Tw?180C,Prw?0.618,?w?25.3?10Pa.S
Nuf?0.027Ref =
0.8Prf0.3?6?f0.1440.80.321.5?10()?0.027?(1.67?10)?0.69()0.14 ?6?w25.3?10??Nu?f56.397?3.13?10?2??23.23w/m2.0C d0.076品质流量qm?qv.??0.022?0.972?0.0214Kg/s
散热量 Q?qm.Cp(T2?T1)?0.0214?1.009?10?(115?65)?1079.63J Q??A(Tw?Tf)???dl(Tw?Tf) l?31079.63?2.14(m)
23.23?(180?90)?3.14?0.076因为
l2.14??28.16?60，所以需要进行入口段修正。 d0.0760.7?d?入口段修正系数为?1??1???L??0.076???1??2.14??0.76?1.1
????1??1.1?23.24?25.48w/m2?C
L?1079.63?1.97m
25.48??180?90??3.14?0.076
所需管长：
11. 解：tf?30C时，Pr水?5.42，Pr空?0.701，??Nu0?l,Nuf?0.023RePr0.80.4
?水?61.8?10?2wm?1?0C,?空?2.67?10?2wm?1?0C
?水Pr水0.4??水5.420.461.8?10?2??()?()?5.25 ?空Pr空0.4??空0.7012.67?10?2
12．管内强制对流湍流时的换热，若Re相同，在tf=30℃条件下水的表面传热系数比空气的高多少倍？
解：定性温度tf?30℃
?2?1。??61.8?10w.mC 查附录F得到： 查附录D得到: P ?5.42水rf水Prf空气?0.701 ?空气?2.67?10?2w.m?1。C 为湍流，故Ref相同
Nuf水?0.023?Ref ?0.8Prf水 Nuf空气?0.023?Ref0.40.40.8Prf空气
0.4?水（Prf水?空气??水5.420.461.8?10Prf空气）?（）??52.46
?空气0.7012.67?10?2?2在该条件下，水的表面传热系数比空气高倍。
第十一章 辐射换热
1． 100W灯泡中钨丝温度为2800K，发射率为。（1）若96%的热量依靠辐射方式散出，
试计算钨丝所需要最小面积；（2）计算钨丝单色辐射率最大时的波长 解：（1） 钨丝加热发光, 按黑体辐射发出连续光谱
????0.3，Cb?5.67W/?m2?K?
?1,2?2800???1CbA1???100*96%
?100?44?2800?-5
将数据代入为：0.3*5.67A1???96?A1=*10㎡
?100?（2）由威恩位移定律知，单色辐射力的峰值波长与热力学温度的关系
?mT?2.8976*10?3，当T=2800k时，?m=*10-6m
3. 一电炉的电功率为1KW，炉丝温度为847℃，直径为1mm，电炉的效率（辐射功率与电功率之比）为，炉丝发射率为，试确定炉丝应多长？
解：由黑度得到实际物体辐射力的计算公式知：
T4T4??A1E?A1?1Eb??1CbA1()?103*0.96??1Cb(?Dl)()
100100847?27340.95*5.67*3.14*10-3*l*()?0.96*103?l?3.607m
100
4. 试确定图11-28中两种几何结构的角系数X12
解：①由角系数的分解性得：X1,2?X1,(2?B)?X1,B 由角系数的相对性得：
X1,B?XB,1AB(1.5)23?XB,1?XB,1 A11.52XB,1?XB,(1?A)?XB,A
X1,(2?B)?X(2?B),1A2?B2.5*1.55?X(2?B),1?X(2?B),1 A11.52X(2?B),1?X(2?B),A?X(2?B),(1?A) 所以X(2?B),1?X(2?B),(1?A)?X(2?B),A
对於表面B和（1+A），X=、Y=、Z=2时，
XB,(1?A)YZ?1,?1.333,查表得 XXYZ?0.211，对於表面B和A，X=，Y=，Z=1，?1,?0.667,
XX查表得XB,A?0.172，所以XB,1?XB,(1?A)?XB,A?0.211?0.172?0.039，
X1,B?YXYX33，X=，Y=，Z=2，XB,1?*0.039?0.0585。对表面（2+B）和（1+A）
22Z?1.667,?1.333,查表得X(2?B),(1?A)?0.15。对於表面(2+B),A,X=,Y=,Z=1,
XZ?1.667,?0.667,查表得X(2?B),A?0.115,
X所以X(2?B),1?X(2?B),(1?A)?X(2?B),A?0.15?0.115?0.035，
X1,(2?B)?5X(2?B),1?2.5*0.035?0.0875 2?X1,2?X1,(2?B)?X1,B?0.0875?0.0585?0.029
②由角系数的分解性
X1,2?X2,1A21.5?X2,1?X2,1, X2,1?X2,(1?A)?X2,A，对表面2和A，X=，Y=1，A11.5