两块平行放置的钢板 厚1.8mm 长360mm 高度可视为无限 相距0.8mm 钢板外侧是35°的水 求900°的热空气

问题描述:

两块平行放置的钢板 厚1.8mm 长360mm 高度可视为无限 相距0.8mm 钢板外侧是35°的水 求900°的热空气以2.4m/s的速度通过钢板之间的间隙后 温度为多少?
要有计算过程 未知的系数用字母表示
1个回答 分类:物理 2014-11-15

问题解答:

我来补答
楼上皆是胡说八道,根本不是传热学
首先大致判断下流动状态,取空气900℃作为定性温度.分子平均自由程λ≈4E-7m,Kn=λ/d=4E-7/0.8E-3=0.5E-360,可忽略进口处影响,认为流动均为充分发展阶段.综上,狭缝内流动为充分发展层流流动.
分析传热情况.为了简化计算,认为钢板横向壁温相等,即等壁温.狭缝间为等壁温情况下的平板间充分发展层流对流换热,该情况下Nu=4.9.钢板处为热传导.钢板与水之间本应是竖平板的自然对流换热,但由于关联式中需求解Gr数中Δt的方程,故简化为钢板外表面温度tw2与水温tf2相等.
定义:钢板外表面温度tw1,钢板外表面温度tw2,狭缝内平均气温tf1,水温tf2
接下来进行迭代计算过程(以900℃计算为例):
1)以tf1=900℃为定性温度;
2)定性温度tf1下空气的导热系数λ=7.63W/(m·K),密度ρ=0.301kg/m³,定压比热容cp=1172J/(kg·K),则h=Nu*λ/d=4.9*7.63/0.8E-3=46.7E3W/(m²·K)
3)总热阻k=1/[1/h+δ/λ]=1/[1/46.7E3+1.8E-3/7.63]=46.7E-3W/(m²·K) 【注:此处k≈h说明了钢板的Bi很小,认为钢板整体温度相同,均为tf2=35℃,以后这步不算了】
4)取单位高度H进行分析.传热量Φ=hA(tf1-tf2)=2hHl(tf1-tf2).单位时间Δτ内通过的气体体积为V=HduΔτ.壁温降低Δt=ΦΔτ/(cp·ρV)=2hl(tf1-tf2)/(ρ·cp·d·u)=42.9℃,则此时气体流出时温度为tf1'=tf1-Δt=857.1℃.
5)以tf1'=857.1℃为新的定性温度,重复(2)(4)(5)进行迭代,直到Δt→0为止,最终结果即为所求.
接下来的迭代我就不算了,你自己编程试试看吧
再问: 多谢你的回答。我看了你的计算过程 ,中间有一个疑问,不知你是否有空解答一下:900°空气的导热系数好像是7.63E-2 而不是7.63 最后一步计算Δt时算出来的数值就不太对头了,能否麻烦你再确认演算一下 如果百度这说不清楚 也可以加QQ601040136多谢了
再答: 我是代错了……重算,顺便修正点错误 1)以tf1=900℃为定性温度; 2)定性温度tf1下空气的导热系数λ=7.63E-2W/(m·K),密度ρ=0.301kg/m³,定压比热容cp=1172J/(kg·K),则h=Nu*λ/d=4.9*7.63E-2/0.8E-3=467.3W/(m²·K) 3)取钢板的传热系数λ'=43W/(m·K),总热阻k=1/[1/h+δ/λ']=1/[1/467.3+1.8E-3/43]=458.3W/(m²·K) 【注:此处k≈h说明了钢板的Bi很小,认为钢板整体温度相同,均为tw1=tw2=tf2=35℃,以后这步不算了】 4)取单位高度H进行分析。传热量Φ=hA(tf1-tf2)=2hHl(tf1-tw2)。单位时间Δτ内通过的气体体积为V=HduΔτ。气温降低Δt=ΦΔτ/(cp·ρV)=2hl(tf1-tw2)/(ρ·cp·d·u)=4.3E5℃,则说明气体未到出口就早已经冷却到最低温度tw2=35℃了。 综上,在这种简化模型下,出口温度为35℃。 另外:可能我的结果跟你的答案不同,但原因是这样:简化模型不同,得出的结果就可能有很大的差别。比如,我把冷却水与钢板间的传热系数理想化为无限大(主要是这里若按自然对流处理无法判断流态),把钢板横向温度梯度理想化为不存在等,这些都会对结果产生影响。这也是传热学的一大特点。 如果你还对结果不满意,我建议你可以尝试下这些算法: 1.利用对数平均温差计算传热 2.用900℃和35℃的平均温度作为定性温度 3.考虑钢板横向温度梯度,以肋片传热为模型,列微分方程计算(很麻烦) 等等 希望你满意~
 
 
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