传热传质学第1章习题答案
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传热与传质习题库目录一、传热 (1)(一)选择题 (1)(二)判断题 (4)二、传质 (5)(一)选择题 (5)(二)判断题 (9)答案 (10)模块二 热量传递(一)选择题1.导热系数的单位为( )。
A 、W/(m ⋅℃);B 、W/(m 2⋅℃);C 、W/(kg ⋅℃);D 、W/(S ⋅℃)。
2.夏天电风扇之所以能解热是因为( )。
A 、它降低了环境温度;B 、产生强制对流带走了人体表面的热量;C 、增强了自然对流;D 、产生了导热。
3.有一种30℃流体需加热到80℃,下列三种热流体的热量都能满足要求,应选( )有利于节能。
A 、400℃的蒸汽;B 、300℃的蒸汽;C 、200℃的蒸汽;D 、150℃的热流体。
4.工业生产中,沸腾传热应设法保持在( )。
A 、自然对流区;B 、核状沸腾区;C 、膜状沸腾区;D 、过渡区。
5.用120℃的饱和蒸汽加热原油,换热后蒸汽冷凝成同温度的冷凝水,此时两流体的平均温度差之间的关系为(∆t m )并流( )(∆t m )逆流。
A 、小于;B 、大于;C 、等于;D 、不定6.物质导热系数的顺序是( )。
A 、金属>普通固体>液体>气体;B 、金属>液体>普通固体>气体;C 、金属>气体>液体>普通固体;D 、金属>液体>气体>普通固体。
7.下列四种不同的对流给热过程:空气自然对流α1,空气强制对流α2(流速为3m/s ),水强制对流α3(流速为3 m/s ),水蒸汽冷凝α4。
α值的大小关系为( )。
A 、α3>α4>α1 >α2;B 、α4>α3>α2>α1;C 、α4>α2>α1>α3;D 、α3>α2>α1>α48.换热器中冷物料出口温度升高,可能引起的有原因多个,除了( )。
A 、冷物料流量下降;B 、热物料流量下降;C 、热物料进口温度升高;D 、冷物料进口温度升高9.用120℃的饱和水蒸汽加热常温空气。
化工数学各章习题选解(仅供参考) 第一章习题1. (√) 在一个有效容积为V 的半连续式搅拌反应器中,由原料A生产物质B,若浓度为c 0流量为Q 的A溶液加入空反应器,反应遵循以下连串-可逆步骤C B A k kk −→−−−←−→−321 且所有的反应均为一级,证明在反应器中B的克分子数N B 是以下微分方程的解C RN dt dN P dt N d B BB =++22式中1031321k Qc C k k R k k k P ==++=证明:对A 、B 分别作质量衡算,有A :)1(210dt dN N k N k Q c AB A =+- B :)2(321dtdN N k N k N k BB B A =--由(2)得到:102(3)AA B dN k N c Q k N dt=+-(3)代入(2),得:210131232()(4)B BB dN d N k c Q k k N k k k dt dt -=+++令123130,,P k k k R k k C c Q =++==得22(5)B BB d N dN P RNC dt dt++=证毕。
2. 冬天的池塘水面上结了一层厚度为l 的冰层,冰层上方与温度为T w 的空气接触,下方与温度为0℃的池水接触。
当T w <0℃时,水的热量将通过冰层向空气中散发,散发的热量转化为冰层增加的厚度。
已知水结冰的相变潜热为L f ,冰的密度为ρ,导热系数为k ,导温系数为α,求:1) 当气温T w 不随时间变化时,给出冰层厚度随时间变化的关系,若L f =3.35×105J/kg ,ρ=913kg/m 3,k =2.22W/m °K ,T w =-10℃,问冰冻三尺,需几日之寒?2)当气温随时间变化时,设T w =T w (t)已知,导出冰层厚度变化的完整数学模型。
解:(1) 冰层的温度为0℃,水通过冰层向空气散发热量,记为Q ,该热量用于水结成冰。
传热学学习通课后章节答案期末考试题库2023年1.设A={1,2,3},则A上的二元关系有( )个参考答案:2332.格拉晓夫准则Gr越大,则表征浮升力越大参考答案:对3.下列哪一种表达式是错误的()?参考答案:q=r,4t4.如果在水冷壁的管子里结了一层水垢,其他条件不变,管壁温度与无水垢时相比将()参考答案:提高5.热流密度q与热流量的关系为(以下式子A为传热面积,λ为导热系数,h为对流传热系数) ()参考答案:q=φ/A6.削弱辐射换热的有效方法是加遮热板,而遮热板表面的黑度应参考答案:小一点好7.当导热过程在两个直接接触的固体表面之间进行,为了减少接触热阻,在接触表面之间衬以导热系数大且硬度大的材料参考答案:错8.有-NTU法进行换热器的校核计算比较方便,这是因为不需要计算对数平均温差参考答案:对9.对充换热系数为 1000W/(m 2 · K) 、温度为 77 ℃的水流经 27 ℃的壁面,其对流换热的热流密度为( )参考答案:5 × 104 W/m 210.流体流过管内进行对流换热时,当 l/d 时,要进行入口效应的修正。
( )参考答案:<5011.炉墙内壁到外壁的热传递过程为( )参考答案:导热12.由于蒸汽中存在空气,会使水蒸气凝结时表面传热系数()。
参考答案:减小13.集合A上的相容关系R的关系矩阵M(R)的对角线元素有的是1参考答案:错14.绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 ( ) 自然对流。
参考答案:大于15.在传热过程中,系统传热量与下列哪一一个参数成反比?()参考答案:传热热阻16.对于过热器中:高温烟气→外壁→ 内壁→过热的传热过程次序为( )参考答案:复合换热、导热、对流换热17.温度对辐射换热的影响对对流换热的影响。
( )参考答案:大于18.规定了边界上的热流密度值,称为第二类边界条件参考答案:对19.导热系数的单位是:( )参考答案:W/(m.K)20.Re准则数的表达式为()参考答案:uL/v21.设R为实数集,映射f:RR,f(x)=-x2+2x-1,则f是既不是单射,也不是满射参考答案:对22.设A={1,2,3},B={a,b},下列各二元关系中是A到B的函数的是R={<1,a>,<2,a>,<3,a>}参考答案:对23.凡平均温度不高于350℃、导热系数不大于0.12W/(m.K)的材料称为保温材料。
传热学习题(含参考答案)一、单选题(共50题,每题1分,共50分)l、某厂巳用一换热器使得烟道气能加热水产生饱和蒸汽。
为强化传热过程,可采取的措施中()是最有效,最实用的A、提高水的流速B、在水侧加翅片C、换一台传热面积更大的设备D、提高烟道气流速正确答案:D2、分子筛对不同分子的吸附能力,下列说法正确的是()A、分子越大越容易吸附B、分子极性越弱越容易吸附C、分子越小越容易吸附D、分子不饱和度越高越容易吸附正确答案:D3、生物化工的优点有()。
A、选择性强,三废少B、前三项都是C、能耗低,效率高D、反应条件温和正确答案:B4、有一种30°c流体需加热到80°C'下列三种热流体的热量都能满足要求,应选()有利于节能A、150°C的热流体B、200°c的蒸汽C、300°C的蒸汽D、400°C的蒸汽正确答案:A5、下列物质不是三大合成材料的是()。
A、塑料B、尼龙C、橡胶D、纤维正确答案:B6、若固体壁为金属材料,当壁厚很薄时,器壁两侧流体的对流传热膜系数相差悬殊,则要求提高传热系数以加快传热速率时,必须设法提高()的膜系数才能见效A、无法判断B、两侧C、最大D、最小正确答案:D7、下列阀门中,()不是自动作用阀。
A、闸阀B、止回阀C、疏水阀D、安全阀正确答案:A8、对于反应级数n大于零的反应,为了降低反应器体积,选用()A、全混流反应器接平推流反应器B、全混流反应器C、循环操作的平推流反应器D、平推流反应器正确答案:D9、当提高反应温度时,聚合备压力会()。
A、不变B、增加至10k g/cm2C、降低D、提高正确答案:D10、安全阀应铅直地安装在()A、容器与管道之间B、气相界面位置上C、管道接头前D、容器的高压进口管道上正确答案:B11、环氧乙烧水合生产乙二醇常用下列哪种形式的反应器()A、管式C、固定床D、鼓泡塔正确答案:A12、为了减少室外设备的热损失,保温层外所包的一层金属皮应该是()A、表面光滑,颜色较浅B、上述三种情况效果都一样C、表面粗糙,颜色较浅D、表面粗糙,颜色较深正确答案:A13、离心泵设置的进水阀应该是()。
传热学_国防科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.Nu(努塞尔)准则反映了:()答案:对流传热强度2.对流传热以( )作为基本计算式。
答案:牛顿冷却公式3.传质过程Schmidt数Sc的表达式为动力粘度比上扩散系数。
答案:错误4.热扩散率、动力粘度、质扩散率都具有相同的量纲。
答案:错误5.求解有化学反应的流体传质的对流传质系数时,求解路线与无化学反应时不相同。
答案:正确6.求解湍流的对流传质系数可以通过量纲分析或类比法。
答案:正确7.求解对流传质速率 Na 的关键是确定对流传质系数。
答案:正确8.当流体流过固体壁面时,若流体与壁面处的浓度不同,则浓度梯度自壁面向流体主体逐渐增大。
答案:错误9.下列哪个不是影响对流传热的主要因素?( )答案:壁面发射率10.对于Pr数,下列说法哪个是错误的?()答案:它反映了流体中热量扩散和动量扩散的相对程度11.温度不同部分相互混合的宏观对流运动引起的热能传递现象称为()。
答案:对流传热_对流_热对流12.由A、B两种气体所构成的混合物中,A与B的扩散系数相等。
答案:正确13.混合物中某组分i的质量占混合物总质量的分数称为该组分的质量分数。
答案:正确14.湍流边界层由()三层组成。
答案:过渡层_湍流核心_层流底层15.传质现象出现的原因可能有()。
答案:浓度梯度_温度梯度_速度梯度_压力梯度16.冬天穿蓬松轻质的羽绒服通常要比厚重的棉衣更_____(请填“冷”或者“暖”)。
答案:暖17.因为对流换热的强度只取决于贴壁面处的温度梯度,那么流体温度场不会影响换热的强度。
答案:错误18.传热过程就是热量传递过程。
答案:错误19.热对流就是对流换热。
答案:错误20.热量传递必须有温差存在。
答案:正确21.把衣服放在室外晾晒,有风比无风天气下衣服干的更快,是因为风把衣服中的水蒸气带走了。
答案:错误22.发动机燃烧室壁面的热流密度的单位是()答案:__23.以下为物体发射率的影响因素的是()。
传热传质基本原理答案
传热传质是指物质中热量和物质的传递过程。
它是由于不同温度或浓度的物质之间存在的热量和物质的梯度而发生的。
传热传质的基本原理包括三种传递方式:传导、对流和辐射。
传导是指热量或物质通过物体内部分子之间的碰撞传递。
当两个接触的物体温度不同时,高温物体的分子会传递热量到低温物体的分子,直到两个物体温度达到平衡。
传导的速率与物体的导热性质有关,导热性能越好,传导速率越快。
对流是指热量或物质通过流体运动传递。
当流体受到外界热源或冷源的加热或冷却时,流体会发生热胀冷缩,形成对流流动。
这种流动可分为自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是由密度差引起的,强制对流是通过外界力推动的。
辐射是指热量通过电磁波辐射传递。
所有物体都会以一定的方式发射热辐射,辐射的强度与物体的温度有关。
较高温度的物体会有较高的辐射能力,而辐射能量在空间中以光线的形式传播,可以通过真空传递。
传热传质的基本原理可以应用于各种工程领域,如热传导导热器、对流传热换热器和辐射加热设备等。
掌握这些基本原理,可以帮助人们更好地理解和设计传热传质系统,提高能量利用效率。
传热习题及答案一、选择题:1、关于传热系数K 下述说法中错误的是( )CA 、传热过程中总传热系数K 实际是个平均值;B 、总传热系数K 随着所取的传热面不同而异;C 、总传热系数K 可用来表示传热过程的强弱,与冷、热流体的物性无关;D 、要提高K 值,应从降低最大热阻着手;2、在确定换热介质的流程时,通常走管程的有( ),走壳程的有( )。
A、C、D;B、E、FA、高压流体; B、蒸汽; C、易结垢的流体;D、腐蚀性流体; E、粘度大的流体; F、被冷却的流体;3、影响对流传热系数的因素有( )。
A 、B 、C 、D 、EA 、产生对流的原因;B 、流体的流动状况;C 、流体的物性;D 、流体有无相变;E 、壁面的几何因素;4、某套管换热器,管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度,若需进一步提高空气出口温度,拟将加热管管径增加一倍(管长、流动状态及其他条件均不变),你认为此措施是:AA 、不可行的;B 、可行的;C 、可能行,也可能不行;D 、视具体情况而定;解:原因是:流量不变 2d u =常数当管径增大时,a. 2/u l d ∝,0.80.2 1.8/1/u d d α∝= b. d 增大时,α增大,d α∝综合以上结果, 1.81/A dα∝,管径增加,A α下降 根据()21p mc t t KA -=m Δt对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-∆≈-- 即121ln p mc AT t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓⇒ 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式:0.80.023Re Pr n u N =,即物性一定时,0.80.2/u d α∝。
根据连续性方程,流量不变时,24V d u π==常数,所以管径变化,管内流速也发生变化。
管间用饱和水蒸气加热,热阻小,可以忽略不计,总热阻近似等于管内传热热阻,即K α≈5、对下述几组换热介质,通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺序应是( )。
化工原理《传热》习题及答案1、某加热器外面包了一层厚为300mm 的绝缘材料,该材料的导热系数为0.16W/(m ⋅℃),已测得该绝缘层外缘温度为30℃,距加热器外壁250mm 处为75℃,试求加热器外壁面温度为多少? 解:22321121λλb t t b t t AQ -=-= C 3007516.025.016.005.03075o 21122321=+⨯-=+λ⨯λ-=∴t b b t t t 2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成;耐火砖 b 1=230mm , λ1=1.05 W/(m·℃)绝热砖 b 2=230mm , λ2=0.151W/(m·℃)建筑砖 b 3=240mm , λ3=0.93W/(m·℃)已知耐火砖内侧温度为1000℃,耐火砖与绝热砖界面处的温度为940℃,要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃,试求:(1) 绝热层需几块绝热砖;(2) 普通砖外侧温度为多少?解:(1)b 2=?m442.09.273151.013894005.123.094010002222321121=∴=-=-λ-=λ-=b b b t t b t t AQ 230mm<b 2=442mm<230×2mm则:绝热层需两块绝热砖。
校核t 2=?CC t t o o 1386.1059.273151.046.094022<=∴=- (2)t 4=?C9.3493.024.06.1059.273o 443343=∴-==λ-=t t b t t A Q 3、Φ50×5㎜的不锈钢管,导热系数λ1=16W/(m·K),外面包裹厚度为30mm 导热系数λ2=0.2W/(m·K)的石棉保温层。
若钢管的内表面温度为623K,保温层外表面温度为373K,试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。
解:已知钢管的内半径mm 20252501=⨯-=r 钢管的外半径mm 252502==r 保温层的外半径mm 5530253=+=r根据式(3-12a ),每米管长的热损失W 39794.3014.015702555ln 2.012025ln 161)373623(12ln 1ln 1)(223212131=+=+-⨯⨯π=λ+λ-π=r r r r t t L Q由于是定态热传导,故各层传导的热量应该相等,可得到钢管外表面的温度t 2。
化工原理第一章习题答案化工原理第一章习题答案化工原理是化学工程专业的基础课程之一,通过学习化工原理,我们可以了解化学反应、传质传热、流体力学等基本原理和计算方法。
本文将为大家提供化工原理第一章习题的详细答案,希望能够帮助大家更好地理解和掌握这门课程。
1. 什么是化学反应速率?如何计算化学反应速率?化学反应速率指的是反应物浓度随时间变化的快慢程度。
可以通过以下公式计算化学反应速率:速率= (1/ν) × d[A]/dt = (1/ν) × d[B]/dt = ... = (1/ν) × d[C]/dt其中,ν表示反应物的化学计量系数,[A]、[B]、[C]分别表示反应物A、B、C的浓度,t表示时间。
2. 什么是反应级数?如何根据反应速率确定反应级数?反应级数指的是反应速率与反应物浓度的关系。
根据反应速率与反应物浓度的关系可以确定反应级数。
对于一般的反应A + B → C,如果反应速率与A的浓度的一次方成正比,与B的浓度的一次方成正比,与C的浓度的零次方成正比,则反应级数为一次级反应。
如果反应速率与A的浓度的二次方成正比,与B的浓度的一次方成正比,与C的浓度的零次方成正比,则反应级数为二次级反应。
3. 什么是化学平衡?如何判断化学反应是否达到平衡?化学平衡指的是反应物浓度和生成物浓度达到一定比例时,反应速率前后基本保持不变的状态。
判断化学反应是否达到平衡可以通过以下方法:- 观察反应物和生成物的浓度是否保持不变;- 观察反应物和生成物的颜色、气味等性质是否保持不变;- 利用化学平衡常数判断,当反应物和生成物的浓度满足一定的比例关系时,反应达到平衡。
4. 什么是化学平衡常数?如何计算化学平衡常数?化学平衡常数指的是在一定温度下,反应物和生成物浓度的比例关系的常数。
可以通过以下公式计算化学平衡常数:Kc = ([C]^c × [D]^d) / ([A]^a × [B]^b)其中,[A]、[B]、[C]、[D]分别表示反应物A、B和生成物C、D的浓度,a、b、c、d分别表示反应物和生成物的摩尔系数。
传热和传质基本原理习题详解传热和传质是热力学的重要内容,其中传热是指热量的传递,而传质是指物质的传递。
在具体应用中,这两个过程经常同时发生。
下面是一些关于传热和传质基本原理的习题及其详解:传热习题:1. 一个铁锅的底部在火上加热,温度逐渐升高。
画出热量从火源传递到铁锅中的示意图,并简要解释热量传递的方式。
解答:示意图应该包括火源、热量传递的路径以及铁锅。
热量传递的方式主要有三种:传导、对流和辐射。
- 传导:铁锅底部与火源直接接触,热量通过铁的传导逐渐向上传递。
- 对流:热的气体或液体从火源周围层流动到铁锅,将热量传递到锅中其他部分。
- 辐射:火源释放出的热辐射能够直接穿过空气传递到锅底。
2. 太阳能作为一种可再生能源,是地球上最重要的能量来源之一。
简要解释太阳光的热量是如何通过辐射传递到地球上的。
解答:太阳光通过辐射传递热量到地球上。
太阳发出的光包含多种频率的电磁波,其中包括可见光和红外线。
云层、大气和地表会吸收部分太阳光,然后释放出热辐射。
这些热辐射会向地球表面传递,使地表温度升高。
传质习题:1. 在冬天,房间里的空气冷而干燥,而在夏天,室外空气炎热多湿。
解释冬夏两季空气湿度变化的原因。
解答:冬季室内空气的湿度相对较低是因为冷空气无法含有大量水汽,且室内加热会降低空气的相对湿度。
而夏季室外空气湿度较高是因为高温使空气可以吸收更多的水汽。
2. 在植物叶片的气孔上,液态水可以通过蒸腾作用转化为气态水蒸气,并释放到大气中。
简要解释为什么液态水可以“跳过”气态而直接转化为气体。
解答:液态水直接转化为气体并释放到大气中是因为在植物叶片的气孔内部,存在着气相和液相之间的蒸汽压差。
当液态水的蒸汽压超过空气中的水蒸气压时,液态水会蒸发成气态水蒸气。
这种蒸发过程称为蒸腾作用。
目录第一章 (2)第二章 (10)小论文题目 (38)第三章 (39)习题 (41)小论文题目 (74)第四章 (76)综合分析与分析、论述题 (91)第五章 (96)第六章 (104)第七章 (154)习题 (156)第八章 (184)第九章 (193)第十章 (240)第一章思考题1. 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2. 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答:① 傅立叶定律:dx dt q λ-=,其中,q -热流密度;λ-导热系数;dx dt -沿x 方向的温度变化率,“-”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式:)(f w t t h q -=,其中,q -热流密度;h -表面传热系数;w t -固体表面温度;f t -流体的温度。
③ 斯忒藩-玻耳兹曼定律:4T q σ=,其中,q -热流密度;σ-斯忒藩-玻耳兹曼常数;T -辐射物体的热力学温度。
3. 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?答:① 导热系数的单位是:W/(m.K);② 表面传热系数的单位是:W/(m 2.K);③ 传热系数的单位是:W/(m 2.K)。
这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4. 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
【1-1】试说明传递现象所遵循的基本原理和基本研究方法。
答:传递现象所遵循的基本原理为一个过程传递的通量与描述该过程的强度性质物理量的梯度成正比,传递的方向为该物理量下降的方向。
传递现象的基本研究方法主要有三种,即理论分析方法、实验研究方法和数值计算方法。
【1-2】列表说明分子传递现象的数学模型及其通量表达式。
【1-3】阐述普朗特准数、施米特准数和刘易斯准数的物理意义。
答:普朗特准数的物理意义为动量传递的难易程度与热量传递的难易程度之比;施米特准数的物理意义为动量传递的难易程度与质量传递的难易程度之比;刘易斯准数的物理意义为热量传递的难易程度与质量传递的难易程度之比。
【2-1】试写出质量浓度ρ对时间的全导数和随体导数,并由此说明全导数和随体导数的物理意义。
解:质量浓度的全导数的表达式为:d dx dy dz dt t x dt y dt z dt ρρρρρ∂∂∂∂=+++∂∂∂∂,式中t 表示时间质量浓度的随体导数的表达式为x y zD u u u D tt xyz ρρρρρ∂∂∂∂=+++∂∂∂∂全导数的物理意义为,当时间和空间位置都发生变化时,某个物理量的变化速率。
随体导数的物理意义为,当观测点随着流体一起运动时,某个物理量随时间和观测点位置变化而改变的速率。
【2-2】对于下述各种运动情况,试采用适当坐标系的一般化连续性方程描述,并结合下述具体条件将一般化连续性方程加以简化,指出简化过程的依据。
⑴ 在矩形截面管道内,可压缩流体作稳态一维流动; ⑵ 在平板壁面上不可压缩流体作稳态二维流动; ⑶ 在平板壁面上可压缩流体作稳态二维流动; ⑷ 不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向稳态流动; ⑸ 不可压缩流体作球心对称的径向稳态流动。
解:⑴ 对于矩形管道,选用直角坐标系比较方便,直角坐标系下连续性方程的一般形式为()()()y x z u u u t x y z ρρρρ∂⎡⎤∂∂∂=-++⎢⎥∂∂∂∂⎣⎦由于流动是稳态的,所以0tρ∂=∂,对于一维流动,假设只沿x 方向进行,则0y z u u ==于是,上述方程可简化为()0x u xρ∂=∂⑵ 对于平板壁面,选用直角坐标系比较方便,直角坐标系下连续性方程的一般形式为()()()y x z u u u t x y z ρρρρ∂⎡⎤∂∂∂=-++⎢⎥∂∂∂∂⎣⎦由于流动是稳态的,所以0tρ∂=∂,对于不可压缩流体ρ=常数,所以上式可简化为y x z u u u xyz∂∂∂++∂∂∂=由于平板壁面上的流动为二维流动,假设流动在xoy 面上进行,即0z u =,上式还可以进一步简化为y x u u xy∂∂+∂∂=⑶ 对于平板壁面,选用直角坐标系比较方便,直角坐标系下连续性方程的一般形式为()()()y x z u u u t x y z ρρρρ∂⎡⎤∂∂∂=-++⎢⎥∂∂∂∂⎣⎦由于流动是稳态的,所以0tρ∂=∂,由于平板壁面上的流动为二维流动,假设流动在xoy面上进行,即0z u =,则上式可以简化为()()0y x u u xyρρ∂∂+∂∂=⑷ 由于流动是在圆管中进行的,故选用柱坐标系比较方便,柱标系下连续性方程的一般形式为()()()110z r u u ru t rrrzθρρρρθ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂由于流动是稳态的,所以tρ∂=∂,对于不可压缩流体ρ=常数,所以上式可简化为()()()110r z u ru u rrr zθθ∂∂∂++=∂∂∂由于仅有轴向流动,所以0, 0r z u u u θ==≠,上式可简化为z u z∂=∂⑸ 由于流体是做球心对称的流动,故选用球坐标系比较方便,柱球系下连续性方程的一般形式为22111()(sin )()0sin sin r r u u u t rr r r θϕρρρθρθθθϕ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂由于流动是稳态的,所以tρ∂=∂,对于不可压缩流体ρ=常数,所以上式可简化为22111()(sin )()0sin sin r r u u u rr r r θϕθθθθϕ∂∂∂++=∂∂∂由于流动是球心对称的,所以0, 0r u u u ϕθ==≠,上式可简化为221()0r r u rr ∂=∂整理得:20r r u u rr∂+=∂【2-3】加速度向量可表示为D u D θ,试写出直角坐标系中加速度分量的表达式,并指出何者为局部加速度的项,何者为对流加速度的项。
1-15 The filament of a 150 W incandescent lamp is 5 cm long and has a diameter of 0.5 mm. The heat flux on the surface of the filament, the heat flux on the surface of the glass bulb, and the annual electricity cost of the bulb are to be determined.Assumptions: Heat transfer from the surface of the filament and the bulb of the lamp is uniform. Analysis:(a) The heat transfer surface area and the heat flux on the surface ofthe filament are26222/1091.1/191785.0150785.0)5)(05.0(m W cm W cmW A Q q cm cm cm DL A ×=======••ππ(b) The heat flux on the surface of glass bulb is222222/7500/75.01.2011501.201)8(m W cm W cmW A Q q cm cm D A =======••ππ(c) The amount and cost of electrical energy consumed during a one-year period is Electricity Consumption=yr kWh yr h kW t Q /438)/8365)(15.0(=×=Δ•Annual Cost=yr kWh yr kWh /04.35$)/08.0)($/438(=1-18 The inner and outer surface of a window glass are maintained at specified temperatures. The amount of heat transfer through the glass in 5 h is to be determined.Assumptions: 1 Steady operating conditions exist since the surface temperature of the glass remain constant at the specified values. 2 Thermal properties of the glass are constant. Properties: The thermal conductivity of the glass is given to be../78.0C m W οκ=Analysis: Under steady conditions, the rate of heat transfer through the glass by conduction is W mC m C m W L T A Q cond4368005.0)310()22)(/78.0(2=−×⋅=Δ=•DDκThen the amount of heat transfer over a period of 5 h becomes(4.368/)(53600)78,624condQ Q T kJ s s kJ =Δ=×= If the thickness of the glass doubled to 1 cm, then the amount of heat transfer will go down by half to39,312 KJ.1-21 An electric resistance heating element is immersed in water initially at 20C D.The time it will take for this heater to raise the water temperature to 80C Das well as the convection heat transfer coefficients at the beginning and at the end of the heating process are to be determined.Assumptions: 1 Steady operating conditions exist and thus the rate of heat loss from the wire equals the rate of heat generation in the wire as a result of resistance heating. 2 Thermal properties of water are constant . 3 Heat losses from the water in the tank are negligible.Properties: The specific heat of water at room temperature is )9(/180.4−−⋅=A Table C kg kJ C D. Analysis: When steady operating conditions are reached, we have W E Q generated 800==••.This is also equal to the rate of heat gain by water. Noting that this is the only mechanism of energy transfer, the time it takes to raise the water temperature from 20C Dto80C Dis determined to be hs sJ CC kg J kg Q T T mC t T T mC t Q T T mC Q inin in 225.5810,18/800)2080)(/4180)(60()()()(121212==−⋅=−=Δ−=Δ−=••D DThe surface area of the wire is200785.0)5.0)(005.0()(m m m L D A ===ππThe Newton’s law of cooling for convection heat transfer is expressed as )(∞•−=T T hA Q S . Disregarding any heat transfer by radiation and thus assuming all the heat loss from the wire to occur by convection, the convection heat transfer coefficients at the beginning and at the end of the process are determined to beC m W Cm W T T A Q h C m W Cm W T T A Q h s s DDDD⋅=−=−=⋅=−=−=∞•∞•22222211/2550)80120)(00785.0(800)(/1020)20120)(00785.0(800)(Discussion: Note that a larger heat transfer coefficient is needed to dissipate heat through a smaller temperature difference for a specified heat transfer rate.1-25 A spacecraft in space absorbs solar radiation while losing heat to deep space by thermal radiation.The surface temperature of the spacecraft is to be determined when steady conditions are reached.Assumption : 1 Steady operating conditions exist since the surface temperature of the wall remain constant at the specified values. 2 Thermal properties of the wall are constant.Properties : The outer surface of a spacecraft has an emissivity of 0.8 and an absorptivity of 0.3.Analysis : When the heat loss from the outer surface of the spacecraft by radiation equals the solar radiation absorbed, the surface temperature can be determined from[]44428244)0()/1067.5(8.0)/950(3.0)(K T K m W A m W A T T A Q Q Q s space S solar radabsorbed solar −⋅×××=××−==−••−•εσαCanceling the surface area A and solving for S T gives K T s 54.281=1-26 The roof of a house with a gas furnace consists of a 15-cm thick concrete that is losing heat to the outdoors by radiation and convection .The rate of heat transfer through the roof is to determined.Assumptions: 1 Steady operating conditions exist. 2 The emissivity and thermal conductivity of the roof are constant.Properties: The thermal conductivity of the concrete is given to be 2/k W m C =⋅D. The emissivity of the outer surface of the roof is given to be 0.9.Analysis: In steady operation, heat transfer from the outer surface of the roof to the surroundings by convection and radiation must be equal to the heat transfer through the roof by conduction. That is,rad conv gs surroundin to roof cond roof Q Q Q +−−•••==,,The inner surface temperature of the roof is given to be C T in s D15,=.Letting out s T , denote the outer surface temperature of the roof, the energy balance above can be expressed as()()()()()()()(),,44,,,222,442824,()()15(2/)(300)0.1515/300100.9300 5.6710/273255s in s outs out surr s out surr s outs out s out T T Q kAh A T T A T T LC T Q W m C m mW m C m T Cm W m K T K K εσ••−−==−+−−=⋅=⋅−⎡⎤+×⋅+−⎣⎦D D DD DSolving the equation above using an equation solver (or by trial and error) givesW Q 450,25=•and C T out s D 64.8,=1-27 The backside of a thin metal plate is insulated, and the front side is exposed to solar radiation. The surface temperature of the plate is to be determined when steady operation is established.Assumptions: 1 Steady operating conditions exist. 2 Heat transfer through the insulated side of the plate is negligible. 3 The heat transfer coefficient is constant and uniform over the plate. 4 Radiation heat transfer is negligible.Properties: The solar absorptivity of the plate is given to be 6.0=α.Analysis: When the heat loss from the plate by convection equals the solar radiation absorbed, the surface temperature of the plate can be determined from()()()10/30/8007.022−⋅=××−==••−•s s solar convabsorbed solar T A C m W m W A T T hA Q Q Q D D αCanceling the surface area A and solving for s T gives C T s D7.28= be slightly above the interface temperature.。