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問答題 考慮一室內(nèi)溜冰場(chǎng)的結(jié)冰過程。如附圖所示，-30℃的R152a制冷劑流經(jīng)置于水層中的排管，制冷劑在排管內(nèi)流動(dòng)的過程中始終保持為液態(tài)。每根管子的制冷劑流量為0.05kg/s，管子內(nèi)徑d=12mm，壁厚δ=1mm，節(jié)距s=50mm，管子長(zhǎng)5m，水層深H=50mm?？紤]水層自0℃開始到完全結(jié)冰的過程。試問：
（1）流出每根管子的制冷劑溫度是多少？
（2）需要多長(zhǎng)時(shí)間才能把水層完全凍結(jié)為冰。設(shè)結(jié)冰過程中管子外表面始終保持為0℃。冰的凝固熱為3.34×10⁵J/kg。

參考答案：

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1.問答題 對(duì)于氣體、液體與固體表面之間的熱交換問題，在什么情況下流體與固體表面間不存在輻射換熱，或雖然存在但相對(duì)于對(duì)流換熱可以略而不計(jì).試對(duì)一下9種情況作出判斷，并簡(jiǎn)要說明理由：
（1）空氣的自然對(duì)流換熱；
（2）空氣的強(qiáng)制對(duì)流換熱；
（3）煙氣的自然對(duì)流換熱（例如在一矩形封閉腔內(nèi)的煙氣一側(cè)受熱，另一側(cè)被冷卻）；
（4）煙氣的強(qiáng)制對(duì)流換熱（例如煙氣流過鍋爐的蒸汽過熱器、再熱器等；）
（5）水及其他液體的自然對(duì)流換熱；
（6）水及其它液體的強(qiáng)制對(duì)流換熱；
（7）過熱水蒸氣的自然對(duì)流換熱；
（8）過熱水蒸氣的強(qiáng)制對(duì)流換熱（如水蒸氣在管內(nèi)作湍流強(qiáng)制對(duì)流換熱）；
（9）鍋爐爐膛中高溫?zé)煔?、火焰?000℃以上）與四周水冷壁管之間的換熱。

參考答案：（1）流體與固體間不存在輻射換熱；
（2）流體與固體間不存在輻射換熱；
（3）流體與固體間存在輻射換...

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2.問答題 為了進(jìn)行豎直圓柱狀環(huán)形空間（夾層）中空氣自然對(duì)流換熱的試驗(yàn)，專門設(shè)計(jì)了如附圖所示的裝置。內(nèi)管壁系一組合璧，壁中有一層電加熱絲，且加熱絲與金屬壁絕緣，內(nèi)壁上同時(shí)裝有測(cè)壁溫的熱電偶若干對(duì)，其余結(jié)構(gòu)如圖所示。試分析從內(nèi)部發(fā)出的熱量是通過哪些傳熱方式散發(fā)到周圍環(huán)境中去的。為了計(jì)算環(huán)形夾層中自然對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要吧從內(nèi)管發(fā)出、通過非自然對(duì)流方式傳遞的熱量扣除。由于形式復(fù)雜及表面的發(fā)射率難以確定等因素，這部分熱量無法用現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)公式通過計(jì)算扣除。你能否設(shè)想一種通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定總熱量中通過非自然對(duì)流方式散失的熱量的方案。試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)段的表面溫度可通過熱電偶來控制，并維持在75~80℃左右基本不變。

參考答案：從內(nèi)管出發(fā)得熱量通過三種方式傳遞到周圍環(huán)境中去，即：（1）環(huán)形空間中空氣的自然對(duì)流；（2）加熱表面與外殼內(nèi)表面間的輻射換...

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3.問答題 一種存放液氮的鋼制球形容器如附圖所示。它由兩層同心鋼制球殼（第一層的內(nèi)、外半徑分別為R₀、R₁，第二層的內(nèi)外半徑分別為R₂、R₃）及求外的保溫層（內(nèi)、外半徑分別為R₃、R₄）組成。在第一層球殼及第二層球殼之間（R₁2）為真空，且半徑為R₁、R₂的球面拋光良好而可作為理想的反射體。這兩層球殼之間用對(duì)稱布置的4個(gè)圓錐狀實(shí)心柱體支撐（見附圖，w=2.4×10^-2sr），其導(dǎo)熱系數(shù)為溫度的線性函數(shù)，并已知：T=50K時(shí)λ=0.05W/（m·K），T=300K時(shí)λ=5W/（m·K）；鋼殼的導(dǎo)熱系數(shù)也是溫度的線性函數(shù)，且T=50K時(shí)λ=5W/（m·K），T=300K時(shí)λ=15W/（m·K）。保溫材料為玻璃棉，λ=3×10^-2W/（m·K），可視為常數(shù)。77K的液態(tài)氮存儲(chǔ)于半徑為R₁的球容器中，其汽化潛熱r=2×10²kj/kg，ρ=808kg/m³。環(huán)境溫度T_∞=298K。R₀=0.149m，R₁=0.150m，R₂=0.200m，R₃=0.201m，R₄=0.300m，保溫層外表面復(fù)合換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=10W/（m²·K）。試計(jì)算該鋼制球形容器中存放的50%容積的液氮經(jīng)多少天可能全部蒸發(fā)掉。假定過程時(shí)穩(wěn)態(tài)的。

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4.問答題 一工業(yè)用爐的爐門尺寸為1m×1m。由于其向火側(cè)不能附設(shè)足夠的絕熱材料，故爐門外壁溫度仍高達(dá)140℃。為減少對(duì)室內(nèi)其他物體的熱輻射，在距爐門1m處有設(shè)置了一塊與爐門平行且同樣尺寸的金屬遮熱板（如附圖所示）。設(shè)爐門外表面的發(fā)射率為0.85，擋板兩個(gè)表面的發(fā)射率均為0.75，室溫為25℃，試確定擋板處于穩(wěn)態(tài)工況時(shí)的壁面溫度。

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5.問答題 用初溫為35℃的冷卻水來冷卻流量為1.82kg/s、初溫為150℃的熱油，要求把油冷卻到85℃，而冷卻水則加熱到80℃。有人提出了如附圖所示的兩種方案。這兩種方案都采用逆流式套管換熱器，如圖b所示方案中采用兩臺(tái)大小相等的較小換熱器來代替圖a中的一臺(tái)大的換熱器，水側(cè)為串聯(lián)，油側(cè)為并聯(lián)，油量均分。設(shè)油的平均比熱容為2.1kj/（kg·K），水的平均比熱容為4.2kj/（kg·K），大小換熱器的總傳熱系數(shù)均為850W/（m²·K），試確定哪一種方案所需的傳熱面積較小。

參考答案：

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