习题解答对流资料

合集下载

第四版传热学第五、六,七八章习题解答

第五章复习题1、试用简明的语言说明热边界层的概念。

答：在壁面附近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈变化，而在此薄层之外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为温度边界层或热边界层。

2、与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么？答：与完全的能量方程相比，它忽略了主流方向温度的次变化率σα22x A ，因此仅适用于边界层内，不适用整个流体。

3、式（5—4）与导热问题的第三类边界条件式（2—17）有什么区别？答：=∂∆∂-=yyt th λ（5—4）)()(f w t t h h t-=∂∂-λ （2—11）式（5—4）中的h 是未知量，而式（2—17）中的h 是作为已知的边界条件给出，此外（2—17）中的λ为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（5—4）将用来导出一个包括h 的无量纲数，只是局部表面传热系数，而整个换热表面的表面系数应该把牛顿冷却公式应用到整个表面而得出。

4、式（5—4）表面，在边界上垂直壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热中，流体的流动起什么作用？答：固体表面所形成的边界层的厚度除了与流体的粘性有关外还与主流区的速度有关，流动速度越大，边界层越薄，因此导热的热阻也就越小，因此起到影响传热大小5、对流换热问题完整的数字描述应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数字描述有什么意义？答：对流换热问题完整的数字描述应包括：对流换热微分方程组及定解条件，定解条件包括，（1）初始条件（2）边界条件（速度、压力及温度）建立对流换热问题的数字描述目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量，能量和质量守恒关系，避免在研究遗漏某种物理因素。

基本概念与定性分析5-1 、对于流体外标平板的流动，试用数量级分析的方法，从动量方程引出边界层厚度的如下变化关系式：x xRe 1~δ解：对于流体外标平板的流动，其动量方程为：221xy u v dx d y u v x y u ∂+-=∂∂+∂∂ρρ 根据数量级的关系，主流方的数量级为1，y 方线的数量级为δ则有2211111111δρδδv +⨯-=⨯+⨯ 从上式可以看出等式左侧的数量级为1级，那么，等式右侧也是数量级为1级，为使等式是数量级为1，则v 必须是2δ量级。

《传热学》课后习题答案-第一章

传热学习题集第一章思考题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：，其中，－热流密度；－导热系数；－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：，其中，－热流密度；－表面传热系数；－固体表面温度；－流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；－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”。

试分析引入传热方程式的工程实用意义。

答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。

5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。

而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。

试从传热学的观点分析这一现象。

传热学对流换热的练习题

，
h 189.1 0.6415/ 0.02 6064W /(m2 K )
水被冷却时：
Nu f 0.023 39506 3.925 164.9
0.8 0.3
h 164.9 0.6415/ 0.02 5289W /(m K )
2
h加热 h冷却
6064 3.9250.4 1.147 实际上即为 0.3 5289 3.925
因此选用希德-台特公式：
3
.8 1/ 3 0.14 Nu f 0.027 Re 0 Pr ( / ) 0f f f w
，
30℃时水的物性查表得： ρ=995.7kg/m
2 c 4.174 kJ /( kg K ) ， 61.8 10 W /(m k ) p 6 Pr 5.42 801.5 10 kg /(m s)，
分析： 1.根据整个风道的能量平衡得到
q mc p (Tm, L Tm,o )
q 0.05kg / s 1010 J / kg K (77 103)C
q 1313W
2.从热阻回路可以推出x＝L处的热流密度表达式
q ( L)
" s
1/ hx ( L) (1/ ho )
解：（1）这是一个空气自然对流流过水平横管的换热问题，特征尺寸为管外径d。
170 20 tm 95， / m 2 , c p 1.009kJ /( kg K ), 3.17 102W /( m K ), 22.615 106 m 2 / s, Pr 0.689 g td 3 9.81 (170 20) 0.153 7 Grm 3.314 10 2 (20 273) (22.615 10 6 ) 2

《传热学》习题课(对流换热部分)

6
3.3426 106
w
0.04 3.3426 0.9
10 5.4
1
0.698 3
19.6 10 6
1.2
50
21.564 Pa
第五章对尹流华换杰热专—用习题
5-10．两无限大平板之间的流体，由于上板运动而引起的层流粘性流动，文献中常称库埃特流。若不计流体中由于粘性而引起的机械能的转换。试求解流体的速度与温度分布。上板温度为tw2，下板温度为tw1。
第六章单相对流传热的实验关联式—尹复华习杰题专用
1. 什么叫做两个同类的物理现象相似？相似的物理现象有什么共性？怎样才能做到两个物理现象相似？
答：如果两个同类的物理现象，在相应时刻与相应地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称此两物理现象彼此相似。共性：同名相似特征数相等，单值性条件相似。在两个同类物理现象的初始条件、边界条件、几何条件和物理条件相似时，可做到两个物理现象相似。
u21 p x(y2H)yuH Hy
第五章对尹流华换杰热专—用习题
速度和温度分布
积分简化能量方程可得：
tf3xyf4x
代入上下面的温度边界条件得：
t
tw2
tw1tw2 H
y
第五章对尹流华换杰热专—用习题
5-14 实验测得一置于水中的平板某点的切应力为1.5Pa，如果水温与平板温度分别为15℃ 与60℃，试计算当地的局部热流密度。
第五章对尹流华换杰热专—用习题
速度和温度分布
由于两板无限大，稳态情况下压力沿x方向的变化率为常数，积分简化动量方程可得：
u y 1 p x y f1 x u 2 1 p x y 2 f1 x y f2 x

传热学第五版第1 4章习题解答

℃
℃
(m2·K)/W
1
0-14：解：
RA

qA 45.92 2.8 3 =385.73 W
A

0.2 45 3 2
R 0.2 4.4 103 (m2·K)/W 45
q

t R

285 150 4.4 103
qA 3.07 104 6 1.84 105 W

K/W
W/m2
℃
909636
(面积为 A2 的平板表面上的热阻) （单位面积热阻）

（3）可以忽略，因为厚度很小，金属的导热系数较大，则导热热阻很小。故可以忽略。

第一章导热理论基础
1-4：前提是假定所研究的物体是各向同性的连续介质，其导热系数 , 比热容 c，和密度均为已知，并假定物体内具有内热源。
0-15：解：
∵ q h(tw t f )
∴ tw

tf

q h
85

7.4 104
3.07 104
5110 73
qA q 2R l 5110 50 103 3.14 2.5 2006.7 W
155
0-17：解：
（1） R 1 1 1 1 0.012 (m2·K)/W h1 h2 5000 85
k 1 1 83.3 W/(m2·K) R 0.012
ktA 83.3 (500 45) 24 909636 W
（2） ' ktA 85 (500 45) 24 928200 W
误差 ' 100% 928200 909636 2%

化工原理王志魁第五版习题解答：第四章传热

第四章传热【热传导】【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。

若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。

现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。

解根据已知做图热传导的热量.28140392Q I V W =⋅=⨯=()12AQ t t bλ=-.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==--()./218W m =⋅℃【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。

耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。

(1)根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。

若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。

(2)若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。

解(1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。

通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。

()1121q t t b λ=-.()/.W m =-=21051000940274 023绝热砖层厚度2b 的计算()2232q t t b λ=-.().b m =-=201519401300446 274每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为.20232046b m =⨯=．。

(2)计算普通砖层的外侧壁温4t 先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度3t (2)32227404694010530151qb t t λ⨯=-=-=℃习题4-3附图习题4-4附图3t 小于130℃，符合要求。

化工原理复习资料

化工原理(姚玉英) 习题解答01章概念1．单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。

3．流体是由无数分子集团所组成的连续。

6．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的静压强。

7．以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。

10．当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，所用的测压仪表称为压强表。

12．压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。

16．被测流体的绝对压强小于外界大气压强时，所用测压仪表称为真空表。

20．真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压强的读数。

28．绝对压强等于大气压强与表压强之和。

35．真空度等于大气压强表压强绝对压强。

37．单位时间内流过管道任意截面的流体量称为流量。

39．单位时间内流体在流动方向上所流过的距离称为流速。

43．柏努利方程式中的gz项表示单位质量流体所具有的位能，项表示单位质量流体所具有的动项表示单位质量流体通过泵（或其他输送设备）能，项表示单位质量流体所具有的静压能，we所获得的能量，称为有效功，项表示单位质量流体因克服流动阻力而损失的能量。

55．流体在直管中流动，当Re≤2000时，流体的流动类型属于层流，当Re≥4000时，流体的流动类型属于湍流，当2000＜Re＜4000时，流体的流动类型属于不稳定的过渡区。

62．流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动。

64．流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动。

66．流体在圆管内层流流动时，平均速度是最大速度的一半。

80．对于非圆形管，当量直径等于四倍的流通截面积除以润湿周边。

81．层流与湍流的本质区别是层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

二、简答题3．简述层流与湍流的区别。

流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。

流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的漩涡。

4．什么是“当量直径”?对非圆形截面的通道, 可以找到一个与圆形管直径相当的“直径”来代替, 此直径即称为“当量直径”。

热对流习题解答

热对流习题解答1. 什么是热对流？热对流是指在大气层中，温度不同的气体通过对流传递热量的现象。

当冷空气下沉或温暖空气上升时，通过对流传递的热量产生热对流现象。

2. 热对流的影响有哪些？热对流的影响包括以下几个方面：- 天气变化：热对流是引发天气变化的重要因素，如形成云层、降雨等。

- 气候变化：热对流是气候变化的重要机制之一，通过对流传递的热量可以改变地球的能量平衡。

- 飞机飞行：热对流可能导致空气的不稳定，对飞机飞行产生影响，如颠簸、气流变化等。

- 地质灾害：热对流可以引发地质灾害，如山体滑坡、火山爆发等。

3. 如何预测热对流？预测热对流需要通过气象学和相关的观测数据进行分析。

以下是预测热对流的常用方法：- 观测云的形态和特征，以判断是否可能发生热对流现象。

- 使用雷达和卫星图像监测雷暴云的发展，以预测热对流的时间和位置。

- 分析大气环流和温度垂直分布，以判断热对流的强度和范围。

4. 如何应对热对流带来的影响？应对热对流带来的影响需要根据具体情况采取相应的措施。

以下是一些建议：- 在飞行时，避开可能存在热对流的区域，根据天气预报和气象信息选择合适的航线。

- 在建筑和基础设施设计中考虑地质灾害和热对流的影响，采取相应的防护措施。

- 关注天气预报，及时采取行动应对可能发生的热对流天气，如减少户外活动、做好防雷防雨等。

- 在农业生产中，根据热对流的影响合理安排种植时间和灌溉计划，以提高农作物产量和品质。

以上是关于热对流的习题解答，希望对您有所帮助。

如有其他问题，请随时提问。

第五章习题解答

5.若热流体走管内，冷流体走管外，两流体通过间壁的传热包括那几个过程？
答：包括以下三个过程：
1热流体以对流传热方式将热量传给管内壁
2热量由内壁面以热传导方式传给外壁面
3热量由外壁面以对流传热的方式传给冷流体
6.简述何谓强化传热？有哪三个主要途径？
答：强化传热是指提高冷热流体间的传热速率。
1增大总传热系数K，这是强化传热的重点。
5.对流传热速率方程的表达式为，其中温度差代表。
流体与壁面（或反之）间温度差的平均值
6.在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有、、和四种。
并流逆流错流折流
7.对流传热系数的主要影响因素有（1）（2）（3）（4）（5）。
1、流体的种类和相变化的情况2、流体的性质3、流体流动的状态
4、流体流动的原因5、穿热面的形状、分布和大小
已知，故
（2）当导热系数小的材料包在里层时，热损失为：
（3）当导热系数大的材料包在里层时，热损失为：
（4）可求出：，说明在圆筒壁当采用两种以上材料保温时，为减少热损失，应将小的材料包在里层为好。
5.求绝压为140 ，流量为1000 的饱和水蒸汽冷凝后并降温到60℃时所放出的热量。用两种方法计算并比较结果。已知140 水蒸汽的饱和温度为109.2℃，冷凝热为2234.4 ，焓为2692.1 ；60℃的水的焓为251.21 。
解：（1）第一种方法
（2分）
（2）第二种方法
①冷凝水的平均温度为（1分）
查出84.6℃下的水的比热容为：（1分）
②水蒸气冷凝并降温放出的热量为：
计算表明两种方法结果一样，但是第一种方法较简单。（1分）
6.将0.417 、80℃的有机苯，通过一换热器冷却到40℃；冷却水初温为30℃，出口温度不超过35℃。假设热损失可略，已查出在平均温度下，硝基苯和水的比热容分别为1.6 。求：（1）冷却水用量？

习题对流换热

Re
ul

0.5m/s 0.25m 16.96106 m2/s

7.37 103
边界层为层流。
流动边界层的厚度为
5.0x Re1/2 5.0 0.25m 7.37103 0.5
0.014m 14mm
热边界层的厚度为 t Pr1/3/1.026 14mm0.6991/3 /1.026 15.78mm
ν=15.0610-6m2/s, Pr=0.703。
计算Re=ud/ν=398.4，P258 得：
Nu 0.683Re0.466 Pr1/3 9.89
h Nu 9.89 0.0259 1280.64W / m2 K
d
0.0002
hdl(tw t ) 1.206l W
可见，空气的热边界层比流动边界层略厚。
整个平板的平均表面传热系数
Nu 0.664 Re1/2 Pr1/3 0.664 7.37103 1/2 0.6991/3 50.6
h Nu 2.76 102 W/(m K) 50.6 5.6W /(m2 K )
l
0.25m
1m宽平板与空气的换热量为 Ahtw t
1m0.25m5.6W/(m2 K)50 30K 28W
例2：在一冷凝器中，冷却水以1m/s的流速流过内径为10mm、长度为3m的铜管，冷却水的进、出口温度分别为15℃和65℃，试计算管内的表面传热系数。
解：冷却水的平均温度为
tf

1 15 C 65 C 40C
2
查附录9（P563）得水的物性参数
f 0.635W /(m K ), f 0.659 106 m2 / s, Pr 4.31, 992.2kg / m3 , c p 4.174kJ /(kg K )

（高等传热学）对流部分思考题参考答案

对流部分思考题参考答案热动硕士1501 吕凯文1、简述对流换热问题的各种求解方法。

答：对流换热问题的求解方法有：（1）分析法，PDE ，B.L.PDE ，B.L.IDE 等；（2）实验法，相似理论，量纲分析；（3）比拟法，雷诺比拟，切尔顿－柯尔朋比拟，Plant Analogy, 卡门比拟；（4）数值法，差分法，有限元法等。

第二种答案：答：①数学解析法：理论求解或数值求解描述对流换热过程的微分方程组，得到精确解或相似解；②模拟实验法：根据相似理论，将描述对流换热过程的微分方程组通过数学、物理简化成准数方程的形式，然后根据实验确定准数方程的具体关系。

2、能量方程的五种表达形式；边界层微分方程的特点和前提条件。

答：能量方程的五种表达形式： ①总能形式的能量方程：W dxdydz q q q dxdydz D De s r +++∙-∇=*)(τρ ②热力学能形式的能量方程：ηφτρ+∙∇-++∙-∇=V P q q q D De s r ③焓形式的能量方程：i=e+P/ρηφττρ++++∙-∇=D DP q q q D Di s r ④定压比热形式的能量方程：ηφτβτρ++++∙-∇=D DP T q q q D DT C s r p P T)(1∂∂-=ρρβ体胀系数 ⑤定容比热形式的能量方程：ηφτρρ+∙∇∂∂-++∙-∇=V T P T q q q D DT C s r v)( 边界层微分方程的特点：前提条件：①流体为不可压缩的牛顿流体，稳定流动；②常物性，无内热源；③忽略由黏性摩擦而产生的耗散热。

3、相似原理理论求解对流换热问题的原理、步骤及应用。

答：原理：凡是相似的物理现象，其物理量的场一定可以用一个统一的无量纲的场来表示；凡是彼此相似的现象，描写该现象的同名特征数——准数对应相等。

步骤：①写出所写研究对象的微分方程组；②根据相似原理，利用置换的方法，找出相似准数；③将所研究的问题用准数方程的形式表示出来；④用物理实验的方法，找出准数函数的具体函数关系；⑤将函数关系推广应用。

热对流试题(含答案解析)

6热对流一、填空题1、液体或气体受热（），遇冷（），循环流动，使冷、热液体或气体相互（），这种传热方式叫作（）。

2、热对流时，热总是由温度较（）处传到温度较（）处。

3、如下图所示，将一小瓶有颜色的热水放入冷水中，出现的现象是有颜色的热水会（）流动，到达冷水顶部会（）流动，然后沿着水槽壁（）流动。

二、判断题1、热粥时，用勺子不断地搅动，是为了加快粥内的热对流。

（）2、水在加热时，变热的水会在水壶里下降。

（）3、空调里吹出的冷风会下降。

（）4、冷热空气不会相互混合。

（）5、冷热空气的循环流动形成风。

（）三、选择题1、根据热对流原理，厨房里排热空气的油烟风扇安装在炉灶的（）。

A．上方B．下方C．高度相同2、汽车空调制冷时，出风口的方向应该（）能让车里更快凉快下来。

A．向下B．向上C．向上或向下都一样3、暖气片应该安装在窗户的（），能加快空气的对流。

A．下方B．上方C．上下都一样4、我们制作的走马灯能转起来，是因为（）。

A．冷热空气的循环流动B．纸杯受热后膨胀C．蜡烛燃烧后质量发生变化四、画图题请画出加热时，水在杯中流动的方向。

五、实验探究研究空气的热对流。

1、点燃一支香，香燃烧时产生的烟一直向（）飘，这是因为空气受热（），带着烟向（）流动。

2、用一个玻璃瓶罩住点燃的线香，线香的烟会直立向（）到到瓶底，然后（）向下，接近线香燃烧处时，又向（）流动。

3、下列传热方式中，与空气这种传热方式相同的是（）。

A．烧开水B．用锅炒菜C．电烙铁将材料熔化六、综合应用冬天，把教室的门打开一条缝，将纸片分别放在门缝的底部和上部（如图），你会发现底部的纸片往里飘，上部的纸片往外飘。

这是为什么呢？6热对流答案及解析一、填空题1、上升下降混合热对流2、高低3、向上向四周向下二、判断题1、√解析：粥比较黏稠，流动缓慢，热对流传递热量的效果不好，搅拌一下增加热对流，可以让粥受热更均匀。

2、×3、√4、×5、√解析：自然风的形成就是由于空气冷热不均而循环流动造成的。

对流传热复习资料第五组

推导过程：（详见书P203-204）
对流传热复习资料第五组
得二维、常物性、无内热源的能量微分方程：
几点讨论（见书P205 ）
对流传热复习资料第五组
5.2.2对流传热问题完整的数学描写
对于不可压缩、常物性、无内热源的二维问题，其微分方程组为：
质量守恒方程
连续性方程
动量守恒方程
能量守恒方程
其定解条件的数学表达式比较复杂，不作详述，在外掠平板的边界层流动中将给出举例
对流传热复习资料第五组
5.3 边界层型对流传热问题的数学描写
5.3.1 流动边界层及边界层动量方程
1，流动边界层及其厚度的定义
（1）流动边界层：由于流体粘性的作用，使得在固体壁面附近存在速度发生剧烈变化的薄层，又称速度边界层。（2）厚度：通常规定达到主流速度的99%处得距离y为流动边界层的厚度，记为
2. 数量级分析方法
（1）基本思想：所谓数量级分析，是指通过比较方程式中各项数量级的相对大小，把数量级较大的项保留下来，而舍去数量级较小项，实现方程式的合理简化。
对流传热复习资料第五组
（2）实施方法（详见书P210）
5.3.3 二维、稳态边界层型对流传热问题的数学描写
这里所谓的边界层类型问题是指在主流方向上的二阶导数可以忽略的问题
当平板长度l大于临界长度时，平板上的边界层就可看成是由层流段及湍流段组成
对流传热复习资料第五组
对于Re>500000的外掠等温平板的流动，整个平板的平均表面传热系数h应按下式计算
积分后可得
对流传热复习资料第五组
第六章单相对流传热的实验关联式
本章要点：1.相似原理与量纲分析的基本方法 2.强制对流传热的基本原理和计算 3.自然对流传热的基本原理和计算

对流传热与传质讨论复习题解答参

对流传热与传质期末复习题请主要3 -2、10 -2和17题1、结合外掠平壁层流对流换热的求解，试述由边界层控制方程得到精确解和利用边界层积分方程式得到近似解两种方法的主要步骤、特点并比较其结果。

答：对于外掠平壁层流对流换热，由边界层控制方程得到精确解的主要步骤为：先根据外掠平壁流动的边界层动量方程和连续性方程，运用相似变换用流函数将动量方程转化为常微分方程，根据相应的边界条件就可得到速度分布的精确解，在求出速度分布的基础上，根据能量方程式和相应的边界条件即可得到温度分布的精确解，从而得到壁面热流和局部换热系数。

特点是：由边界层动量方程式得到的精确解，它的解依赖于速度分布的具体形式，且只适用于Re>>1的情况，不适用于进口导边附近的区域。

而利用边界层积分方程式得到近似解的主要步骤为：首先假定能满足有关边界条件的无量钢温度分布，在u ®、t w 和仁都是常数的假定下，根据低速定物性流体外掠平壁的焓厚度定义式进行积分，可得到焓厚度及其沿轴向变化，壁面热流即可求出，进一步可得到换热系数。

其特点在于用边界层积分方程式进行求解，它的解并不十分依赖于速度分布的具体形式，且工作量小，简便。

结果比较：两种方法得到的解结果完全一致。

2、同样是层流对流换热，为什么外掠平壁的 Nu 〜Re 1/2，而管内充分发展的则h x 二常数？答：流体外掠平壁时，从进口处形成速度边界层和热边界层，且随着流体的往前推进而逐渐增厚，到一定距离后会发生层流到紊流的过渡，不会象管内流动那样出现充分发展区，热流密度也不是常数而是和x 有关，即q w 「(t w-L-)V 归x^'(O)，因此局部换热系数h x也，局部X Y 9t w - J流体在管内作层流换热时，在充分热发展区，流体的无量纲温度分布不沿流体的推进方向而变化，只是 r 的函数，管壁处沿径向的无量纲温度梯度 —也不推进方向变化，即3、以常压下20C 的空气在10 m/s 的速度外掠表面温度为 45C 的平壁为例，计算离平壁前缘1mm 、2mm 、5mm 、10mm 、50mm 、100mm 、200mm 、300mm 、1000mm 、2000mm 、5000mm 、 100000mm 处局部表面换热系数和平均换热系数(已知20C 的空气■ =0.0259W/(m.K))。

传热学典型习题详解2

单相流体对流换热及准则关联式部分一、基本概念主要包括管内强制对流换热基本特点；外部流动强制对流换热基本特点；自然对流换热基本特点；对流换热影响因素及其强化措施。

1、对皆内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热答：采用短管，主要是利用流体在管内换热处于入口段温度边界层较薄，因而换热强的特点，即所谓的“入口效应”，从而强化换热。

而对于弯管，流体流经弯管时，由于离心力作用，在横截面上产生二次环流，增加了扰动，从而强化了换热。

2、其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大，为什么￥答：横向冲刷时表面传热系数大。

因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，而横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的旋涡，增加了流体的扰动，因而换热强。

3、在进行外掠圆柱体的层流强制对流换热实验研究时，为了测量平均表面传热系数，需要布置测量外壁温度的热电偶。

试问热电偶应布置在圆柱体周向方向何处答：横掠圆管局部表面传热系数如图。

在0-1800内表面传热系数的平均值hm 与该曲线有两个交点，其所对应的周向角分别为φ1，φ2。

布置热电偶时，应布置在φ1，φ2所对应的圆周上。

由于对称性，在圆柱的下半周还有两个点以布置。

4、在地球表面某实验室内设计的自然对流换热实验，到太空中是否仍然有效，为什么答：该实验到太空中无法得到地面上的实验结果。

因为自然对流是由流体内部的温度差从而引起密度差并在重力的作用下引起的。

在太空中实验装置格处于失重状态，因而无法形成自然对流，所以无法得到顶期的实验结果。

5、管束的顺排和叉排是如何影响换热的`答：这是个相当复杂的问题,可简答如下：叉排时,流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动,而顺排时则流道相对比较平直,并且当流速和纵向管间距s 2较小时,易在管的尾部形成滞流区.因此,一般地说,叉排时流体扰动较好,换热比顺排强.或：顺排时，第一排管子正面受到来流的冲击，故φ=0处换热最为激烈，从第二排起所受到的冲击变弱，管列间的流体受到管壁的干扰较小，流动较为稳定。

高等传热学对流练习题

hx
=
qw Tw − Tb
=
35 17b
Nux
=
hx
( 4b )
=
140 17
=
8.235
5. Pr 1，常物性不可压缩流体的惯性力相对很小，可以忽略不计。若采用无量纲坐标
=
y x
Grx 4
14
Pr
，
f
=
4(Grx Pr
4)1
4
a
，
=
T Tw
− T − T
证明：描述该流体竖壁自然对流边界层流动和换热的常微分方程为：
qw = const ，求热充分发展时壁面 Nu。
解：由于对称性，取两平板中心线为 x 轴，垂直平板方向为 y 轴。对于充分发展的均匀热流边界条件问题，
轴向导热为零， T x
=
dTb dx
= const
， 2T x2
= 0 。可得能量方程和边界条件为：
能量方程：
T 2T u x = cp y2
边界条件：
3
4
y
2
b
−
1 8
y b
2
−
5
8
由面平均概念得：
b
b
udy udy
ub =
−b b
dy
=
−b
2b
−b
b
Tb =
uTdy
−b b
udy
=
1 2bub
b
uTdy
−b
−b
将 u、T 代入上式：
Tb
=
1 2bub
b −b
3 2 ub
1 −
y b
2
Tw