传热学第五章答案
大连理工大学843传热学考研历年真题汇总分类——简答题05
答：略去了主流方向温度 t 和速度 u 的二阶导数，使方程由原来的椭圆形变成了抛物线型；
利用边界层理论，使原来需整场求解的问题，转化为可分区（主流区和边界层区）求解
的问题，边界层区用边界层微分方程求解，而主流区则按理想流体看待；
由(u, υ, t, p)四个变量数简化为(u, υ, t)三个变量数，方程组仍然封闭。此时压力 p 不再是
=
������∞。
������
大连理工大学
843 传热学简答题 05
答：由外掠平板流动的动量微分方程u
∂u ∂x
+
������
������������ ������������
=
������
���������������2������2���，
由于u~������∞,
������~������,
������~������，而连续性方程∂u
h
的大小。
12.画出流体流过平壁时，速度边界层曲线和对流换热系数沿平壁长度的变化曲线。
答：
13.利用数量级分析的方法，对流体外掠平板的流动，从动量微分方程导出边界层厚度的如
下变化关系式������
������
~
√������������������������。其中������������������
2.为什么 22℃气温时，人在室内感到很舒适，而若跳入 22℃的水中就感到很冷？
答：人对冷暖感觉的衡量标准是散热量的大小而不是温度的高低。
在其他条件相同时，水的自然对流强度要远大于空气。
因此，人在水中的换热量要远高于空气中，所以人在相同温度的水中会感觉寒冷，而在
室内却感到舒适。
3.为什么电厂发电机用氢气冷却比空气冷却效果好？为什么用水冷比用氢气冷却效果好？
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-第五章 对流换热(Convection Heat Transfer)
[ ] qw,x
=
−λ⎜⎜⎝⎛
∂t ∂y
⎟⎟⎠⎞w , x
W m2
注意和第三类边 界条件的区别
根据牛顿冷却公式
[ ] qw,x = hx (tw -t∞ ) W m2
根据能量守恒
对流换热过程 微分方程式
[ ] hx
=
−
tw
λ
− t∞
⎜⎜⎝⎛
∂t ∂y
⎟朝下
自然对流
(5) 流体的热物理性质
热导率 λ [w/(m℃)]
比热容 c [J/(kg℃)]
密 度 ρ [kg/m3]
动力粘度 η [Ns/m2] 运动粘度 ν =η/ρ [m2/s] 体积胀系数 α [1/K]
α
=
1 ⎜⎛ v⎝
∂v ∂T
⎟⎞ ⎠p
=
−
1
ρ
⎜⎛ ⎝
∂ρ
∂T
⎟⎞ ⎠p
λ↑ ⇒ h↑流体内部和流体与壁面间导热热阻小
第五章 对流换热(Convection Heat Transfer)
§5-1 对流换热概说
1. 对流换热的定义和性质
定义：对流换热是指 流体流经固体时流体 与固体表面之间的 热量传递现象。
对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是 基本传热方式 对流换热实例：(1) 暖气管道; (2) 电子器件冷却；(3) 换热器
ρ、c↑ ⇒ h↑单位体积流体能携带更多能量
η ↑ ⇒ h↓有碍流体流动、不利于热对流 α ↑ ⇒ h↑自然对流换热增强
综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：
h = f (u, tw , tf , λ, cp , ρ, α ,η, l )
对流换热分类小结
传热学第五版[完整版]答案解析
![传热学第五版[完整版]答案解析](https://img.taocdn.com/s3/m/10bebe0610661ed9ad51f3c4.png)
1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到：a、地面向冰雹导热所得热量；b、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量；c、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。
2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。
白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。
4.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。
就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。
答：暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体；暖气片外壁辐射墙壁辐射人体电热暖气片：电加热后的油对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体红外电热器：红外电热元件辐射人体；红外电热元件辐射墙壁辐射人体电热暖机：电加热器对流换热和辐射加热风对流换热和辐射人体冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射人体太阳照射：阳光辐射人体5．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。
传热学第五版部分习题解答(5-7章)
《传热学》第五版部分习题解答第五章5-13 解:本题应指出是何种流体外掠平板，设是水外掠平板。
由60=m t ℃，查附录3 饱和水的热物理性质表得：610478.0-⨯=v m 2/s ，99.2=r p561082.210478.015.09.0Re ⨯=⨯⨯=⋅=-∞v x u x 41.11015.0)1082.2(0.5Re 0.5321521=⨯⨯⨯⨯==---x xδ mm98.099.241.13131=⨯==--rt p δδ mm5-18 解：55230802=+=+=wf m t t t ℃ 由附录2 ，查得空气的热物性参数为：210865.2-⨯=λW/(m.K) 61046.18-⨯=v m 2/s ， 697.0=r p5561051033.41046.188.010Re ⨯<⨯=⨯⨯=⋅=-∞v l u c 所以，此流动换热为层流换热。
923.0101046.18105Re 65=⨯⨯⨯=⋅=-∞u v x c c m46.6)697.0()105(923.010865.2332.0332.03121523121Re =⨯⨯⨯⨯⨯==-r c x h p c c λW/(m 2.K)94.6)697.0()1033.4(8.010865.2332.0332.03121523121Re=⨯⨯⨯⨯⨯==-r lh p l λW/(m 2.K)88.1364.922=⨯==l h h W/(m 2.K)2.555)3080(18.088.13=-⨯⨯⨯=∆=Φt hA W5-23 解： (注意：本题可不做)参考课本p126页（15）到（5-33）式。
2t a by cy =-+；0,w y t t ==；220wd t dy ⎛⎫= ⎪⎝⎭；,t f y t t δ==得到w f w f tt t yt t θθδ-==-，代入速度场和该温度场于能量积分方程()0tf wd t u t t dy a dx y δ⎛⎫∂-= ⎪∂⎝⎭⎰，并且设t δςδ=，略去ς的高阶项，可以得到ς的表达式，进而得到t δ的表达式。
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。
传热学第五章_对流换热原理-6
2－2）管内流体平均温度
t f
c p tudf
f
c pudf
2 R 2um
R
turdr
0
f
其中，tf为根据焓值计算的截断面平均温度。
由热平衡方程
dQ hx (tw t f )x * 2R * dx cpumR2dt f
和
dQ q * 2R * dx
可得
dt f 2q 2hx (tw t f ) x
t
( tw t r tw t f
)rR
( r )rR tw t f
const
而同时又有
q
(
t r
)
r
R
h(t w
tf
)
于是，得
(
t r
)
r
R
h
const
tw t f
上式又表明，常物性流体在热充分发展段的一个特点是 换热系数保持不变。
另外，如果边界层在管 中心处汇合时流体流动 仍然保持层流，那么进 入充分发展区后也就继 续保持层流流动状态， 从而构成流体管内层流 流动过程。
若 Pr<1, 则意味着流动进口段长于热进口段； 1－3）管内流动充分发展段的流态判断
Re 2300 2300 Re 10 4 Re 10 4
层流 过渡流 旺盛湍流
2）管内流体平均速度与平均温度
2－1）管内流体运动平均速度
um
f udf 0f
2
R 2
R rudr V
0
f
其中，V－体积流量；f－管的截断面积；u－局部流速
dx c pum R
c pum R
积分上式可得全管长流体的平均温度。
由于热边界存在有均匀壁温和均匀热流两种典型情
《传热学》资料第五章传热过程与传热器
《传热学》资料第五章传热过程与传热器一、名词解释1．传热过程:热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.2．复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.3．污垢系数:单位面积的污垢热阻.4．肋化系数: 肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.5．顺流:两种流体平行流动且方向相同6．逆流: 两种流体平行流动且方向相反7．效能:换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.8．传热单元数:传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标.9．临界热绝缘直径:对应于最小总热阻(或最大传热量)的保温层外径.二、填空题1．与的综合过程称为复合传热。
(对流传热，辐射传热)2．某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为20 W／(m2．K)，对流传热系数为40 W／(m2．K)，其复合传热系数为。
(60W／(m2．K))3．肋化系数是指与之比。
(加肋后的总换热面积,未加肋时的换热面积)4．一传热过程的热流密度q＝1．8kW／m2，冷、热流体间的温差为30℃，则传热系数为，单位面积的总传热热阻为。
(60W／(m2．K)，0．017(m2.K)／W)5．一传热过程的温压为20℃，热流量为lkW，则其热阻为。
(0．02K／W)6．已知一厚为30mm的平壁，热流体侧的传热系数为100 W／(m2．K)，冷流体侧的传热系数为250W／(m2．K)，平壁材料的导热系数为0．2W／(m·K)，则该平壁传热过程的传热系数为。
(6．1W／(m2．K))7．在一维稳态传热过程中，每个传热环节的热阻分别是0．01K／W、0．35K／W和0．009lK ／W，在热阻为的传热环节上采取强化传热措施效果最好。
(0．35K／W)8．某一厚20mm的平壁传热过程的传热系数为45W／(m2．K)，热流体侧的传热系数为70W／(m2K)，冷流体侧的传热系数为200W／(m2．K)，则该平壁的导热系数为。
传热学智慧树知到答案章节测试2023年兰州理工大学
第一章测试1.传热学是研究有温差存在时的热能传递规律。
（）A:对B:错答案:A2.傅里叶定律中，热量传递方向与温度升高方向相同。
（）A:错B:对答案:A3.在一个串联的热量传递过程中，如果通过各个环节的热流量相同,则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻之和。
（）A:错B:对答案:B4.热量传递过程的动力是:( )A:电压B:速度差C:温度差D:密度差答案:C5.热辐射的特点不包括下列哪一点。
( )A:辐射能与温度和波长均有关B:具有方向性C:仅能发生在流体中D:伴随能量形式的转变答案:C6.传热方程式中，传热系数的单位是:（）A:W/(m2·K)B:W/(m·K2)C:W/(m·K)D:W/(m2·K2)答案:A7.尽管各个科学技术领域中遇到的传热问题形式多样,但大致可以归纳为哪三种？（）A:温度控制B:削弱传热C:强化传热D:速度控制答案:ABC8.热能传递的三种基本方式：（）A:热传导B:热辐射C:热对流D:热膨胀答案:ABC9.下列各参数中，属于物性参数的是?（）A:密度B:传热系数C:热导率D:热扩散率答案:ACD10.下列哪几种传热方式不需要有物体的宏观运动?（）A:热对流B:热辐射C:热传导D:对流换热答案:BC第二章测试1.傅里叶导热定律数学表达式中温度梯度的方向表示温度升高的方向。
（）A:对B:错答案:A2.按照能量守恒定律，在任-时间间隔内有以下热平衡关系(以微元体为研究对象)：导入热量+内热源生成热=导出热量。
（）A:错B:对答案:A3.在研究-维平板导热问题时，导热热阻数学表达为: δ/入, 常称作面积热阻。
（）A:错B:对答案:A4.研究等截面直肋的导热问题时，一般假设沿高度方向肋片温度不变。
（）A:对B:错答案:A5.温度场中同一瞬间相同温度各点连成的面称为（）A:等高线B:等温线C:等温面D:等势面答案:C6.在研究导热问题时需要通过边界条件来求解温度场，其中规定了边界上的温度值为:（）A:第三类边界条件B:第二类边界条件C:第一类边界条件D:第四类边界条件答案:C7.在传热过程中，系统的传热量与下面哪一个参数成反比：（）A:流体温差B:传热系数C:传热热阻D:传热面积答案:C8.在采用加肋片方法增强传热时，将肋片加装在一侧。
传热学第五章 课后习题答案
车厢外表面温度为 20℃．试估算该火车所需的制冷负荷。
解：火车所需制冷热负荷 Q1 应等于车厢从外界吸收的热量 Q2，即 Q1= Q2
车厢表面换热面积 A = 12 × (9 × 3 + 9 × 2.5) × 2 = 11882
试计算 25℃的空气、水及 14 号润滑油达到的 Rec 数时所需的平板长度，取
u∞=1m/s。
解：由 Re =
∞
得 x=
Re
∞
（1）25℃的空气，v1 = 15.53 × 10−6 2 /，故
x1 =
Re 1 5 × 105 × 15.53 × 10−6
=
= 7.765m
=
= 156.85m
∞
1
5-11 试通过对外掠平板的边界层动量方程式，沿 y 方向做积分（从 y=0 到 y≥δ）
（如附图所示），导出下列边界层的动 + = 量积分方程。提示：在
边界层外边界上 vδ≠0。
∫ (∞ − )ຫໍສະໝຸດ = ( )传热学第五章答案
5-2 对于油、空气及液态金属，分别有 ≫ ， ≅ ， ≪ ，试就外标等温
平板的层流流动，画出三种流体边界层中速度分布和温度分布的大致图象（要
能显示出δ与 δx 的相对大小）。
解：三种流体边界层中速度和温度分布图像如下图所示
5-8 取外掠平板边界层的流动由层流转变为湍流的临界雷诺数（Rec）为 × ，
= 0.9375Pa
边界层中空气的物性温度取t =
20+120
2
= 70℃
哈工大传热学答案——第5章
2 0.323u
Re x
0.323 1.045 100 2 1.538 10
5
8.61kg m s 2
hx 0.332
x
2 13 Re1 0.332 x Pr
0.0293 1.538 10 5 0.695 112.6W m 2 K 0.03
Re x 2 0.02 1.006 10 6 =39761.43 （为尽流）
（2）x=20cm=0.2m
4.64
vx 1.006 10 6 0.02 4.64 1.47 10 3 u 2
m
5 m u x d y 998.2 2 1.834 0 8
5-6、已知：如图，高速飞行部件中广泛采用的钝体是一个轴对称的物体。 求：画出钝体表面上沿 x 方向的局部表面传热系数的大致图像，并分析滞止点 s 附近边 界层流动的状态。 （层流或湍流） 。 解：在外掠钝体的对流换热中，滞止点处的换热强度是很高的。该处的流动几乎总处层 流状态，对流换热的强烈程度随离开滞止点距离的增加而下降。 5-7．温度为 80℃的平板置于来流温度为 20℃的气流中．假设平板表面中某点在垂直于 壁面方向的温度梯度为 40
Pr 1 ， Pr 1 ， Pr 1 ，试就外标等温平
板的层流流动， 画出三种流体边界层中速度分布和温度分布的大致图象 （要能显示出 的相对大小） 。 解：如下图：
与 x
5-3、已知：如图，流体在两平行平板间作层流充分发展对流换热。 求：画出下列三种情形下充分发展区域截面上的流体温度分布曲线： （ 1） （2）
kg / m 2
5-10、已知：如图，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称 为库埃流。不计流体中由于粘性而引起的机械能向热能的转换。 求：流体的速度与温度分布。
传热学第五课后习题答案
281.976
6
299.714
315.635
329.645
318.162
312.137
277.244
7
298.478
324.570
326.789
330.781
307.593
286.608
8
306.609
322.524
337.566
327.081
318.585
283.567
9
304.747
=0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m·K);
矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m·K)
=0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m·K);
由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0. 038W/(m·K)。由上可知金属是良好的导热材料，而其它三种是好的保温材料。
4-4 一无限大平壁，其厚度为0.3m，导热系数为 。平壁两侧表面均给定为第三类边界条件，即 ， ； ， 。当平壁中具有均匀内热源 时， 试计算沿平壁厚度的稳态温度分布。（提示：取Δx=0.06m）
方法一 数值计算法
解：这是一个一维稳态导热问题。
（1）、取步长Δx=0.06m，可以将厚度分成五等份。共用六个节点 将平板划分成六个单元体（图中用阴影线标出了节点2、6所在的单元体）。用热平衡法计算每个单元的换热量，从而得到节点方程。
节点5：从左、右两侧通过导热导入的热流量+单元体内热源发出的热流量=0。
节点6：从左边导入的热流量+从右边通过对流输入的热流量+单元体内热源发出的热流量=0。即
将 、 、 、 ， 、 和Δx=0.06m，代入上述六个节点并化简得线性方程组组1：
传热学第五章_对流换热原理-1
Velocity = v Velocity = 0
Velocity Temperature
Boundary Boundary
Layer
Layer
HOT SURFACE, TEMP = TH
3. 热边界层厚度δt和流动边界层厚度δ的区 别与联系
(2) 边界层产生原因：
由于粘性的作用，流体与 壁面之间产生一粘滞力， 粘滞力使得靠近壁面处的 速度逐渐下降，最后使壁 面上的流体速度降为零， 流体质点在壁面上产生一 薄层。随着流体的流动， 粘滞力向内传递，形成的 薄层又阻碍邻近流体层中 微粒运动的作用，依此类 推，形成的薄层又阻碍邻 近流体层微粒运动，到一 定程度，粘滞力不再起作 用。
➢ 如果流体为粘性流体，情况会如何呢？我们用一测速仪来 测量壁面附近的速度分布。测量发现在法向方向上，即y 方向上，壁面上速度为零，随着y方向的增加，流速急剧 增加，到达一薄层后，流速接近或等于来流速度，普朗特 研究了这一现象，并且在1904年第一次提出了边界层的概 念。
普朗特在仔细观察了粘性流体流过固体表面的特性后提出了 突破性的见解。他认为，粘滞性起作用的区域仅仅局限在 靠近壁面的薄层内。在此薄层以外，由于速度梯度很小粘 滞性所造成的切应力可以略而不计，于是该区域中的流动 可以作为理想流体的无旋流动。这种在固体表面附近流体 速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层(又称速度边界 层)．图5—5示出了产生流动边界层的两种常见情形。如 图5—5a所示，从y＝o处u＝0开始，流体的速度随着离开 壁面距离y的增加而急剧增大，经过一个薄层后u增长到接 近主流速度。这个薄层即为流动边界层，其厚度视规定的 接近主流速度程度的不同而不同。通常规定达到主流速度 的99％处的距离y为流动边界层的厚度，记为δ 。
传热学第五版答案
第一章、一、基本概念主要包括导热、对流换热、辐射换热的特点及热传递方式辨析。
1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。
试解释原因。
答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。
而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20℃，1.01325×105Pa 时，空气导热系数为0.0259W/(m ·K)，具有良好的保温性能。
而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。
2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。
试从传热的观点分析原因。
答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。
夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。
而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。
因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。
因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。
根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。
3、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。
答：有以下换热环节及热传递方式(1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；(2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
4、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度t 高于0℃，有人却发现地面上结有—层簿冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。
解：如图所示。
假定地面温度为了T e ，太空温度为T sky ，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系数为h ，地球表面近似看成温度为T c 的黑体，太空可看成温度为T sky 的黑体。
传热学答案 第5-6章
第5章5-8(1)换热类型：外掠平板强迫对流换热 (2)25℃时的物性参数(运动粘度):空气：s m /1053.1526-⨯=ν; 水： s m /109055.026-⨯=ν 14号润滑油:：s m /107.31326-⨯=ν 临界Re 数：νcc x u ∞=Re ，所以∞⋅=u x c c νRe 空气： m u x c c 765.711053.15105Re 65=⨯⨯⨯=⋅=-∞ν 水： m u x c c 453.01109055.0105Re 65=⨯⨯⨯=⋅=-∞ν 14号润滑油:： m u x c c 85.1561107.313105Re 65=⨯⨯⨯=⋅=-∞ν 第6章6-7ndD nd D dn D nd D d d D d D d D d b a abb a ab d b a abb a ab d e e e e +-=+-⋅=-=+-⋅==≈+=+=+=222222)]44[4)4(;)()(44)3(;222)2(;2)(24)1(ππππππ6-14(1) 换热类型：管内强迫对流换热(2) 定性温度：流体平均温度t f =(115+65)/2=90℃ 物性参数(空气):sm s m kg K kg kJ c m kg m kg K m W p /1010.22690.0Pr ),/(105.21),/(009.1/0045.1,/972.0),/(0313.0266313--⨯==⋅⨯=⋅===⋅=νηρρλ 特征长度：管子内径m d 076.0=(3) 特征流速: s m d V A m u /012.54/076.0972.0022.00045.14/221=⨯⨯===∙∙πρπρρ 流态: )(1017236101.22076.0012.5Re 46湍流 =⨯⨯==-νud(4) 各种修正系数:直管， Cr=1；温差f w t t t -=∆=180-90=90℃＞50℃，应进行温差修正； 管长未知，故先假定C 1=1(5) 选用公式:(气体被加热) 5.04.08.0][Pr Re 023.0wf T T Nu =(6) Nu 数与表面传热系数h:K m W Nu ⋅=++⨯⨯=25.04.08.0/48.43]18027390273[69.017236023.0)/(91.17076.00313.048.432K m W dNuh ⋅=⨯==λ(7) 由热平衡关系求管长L ：kWt t c V t t c m f f p f f p 115.1)65115(009.1022099.0)'"()'"(11=-⨯⨯=-=-=Φ∙∙ρ 热平衡关系：)()()'"(f w f w f f p t t dLh t t hA t t c m -=-=-=Φ∙π所以： m t t d h L f w 897.2)90180(076.091.171115)(=-⨯=-Φ=ππ（8）验算管长6012.38076.0897.2 ==d L （不满足假定），故应进行入口效应修正 (9) 假定L 重新计算假定L=2.80m, ;080.1)/(17.0=+=L d c lh h 08.1'=,m Lt t d h L f w 682.208.1)(''==-Φ=π (与假定值不符)再假定L=2.67m,083.1)/(17.0=+=L d c l ；h h 083.1"=m Lt t d h L f w 675.2083.1)(""==-Φ=π, 与假定值基本相符,故：L=2.67m ；K m W h h ⋅=⨯==2/40.1991.17083.1083.1"6-16(1) 换热类型：管槽内(环形空间)强迫对流换热 (2) 定性温度：流体平均温度t f =(30+50)/2=40℃ 物性参数(水)：)/(105.282)/(103.653,/10659.0,31.4Pr ),/(174.4,/2.992),/(635.066632s m kg s m kg s m K kg kJ c m kg K m W w p ⋅⨯=⋅⨯=⨯==⋅==⋅=---ηηνρλ 特征长度：当量直径m d D de 02.004.006.0=-=-= (3) 特征流速： s m d D m A m u /55.0)04.006.0(2.992857.04)(42222≈-⨯⨯=-==∙∙πρπρ 流态：)(101669210659.002.055.0Re 46湍流 =⨯⨯==-νude(4) 各种修正系数：管长未知，故先取C 1=1；直管，Cr=1温差f w t t t -=∆=100-40=60℃＞30℃，故应进行温差修正(5) 选用公式：(液体被加热) 11.04.08.0][Pr Re 023.0wf Nu ηη=(6) Nu 数与表面传热系数h 计算:04.108]5.2823.653[31.416692023.011.04.08.0=⨯⨯⨯=Nu )/(27.343002.0635.004.1082K m W dNuh ⋅=⨯==λ(7) 由热平衡关系求管长l ：W t t c m f f p 4.71542)3050(4174857.0)'"(=-⨯⨯=-=Φ∙热平衡关系:)()()'"(f w f w f f p t t dlh t t hA t t c m -=-=-=Φ∙π所以：m t t dh t t c m l t w f f p 766.2)40100(27.343004.0)3050(10174.4857.0)()'"(3=-⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=--=∙ππ （8）验算管长602.13802.0766.2 ==de l （满足假定），所以所求管长即为m l 766.2= (9) 管子出口局部热流密度22/5.171/5.171513)50100(27.3430)"("m kW m W t t h q f w ==-⨯=-=6-16 另解: (1) ～ (3) 同前, 另有75.1Pr =w(4) 选用Gnielinski 公式: t c l d f f Nu ])(1[)1(Pr 8/7.121Pr)1000)(Re 8/(3/23/2+-+-= (5) Nu 数与表面传热系数h 计算:009.1)75.131.4()Pr Pr (0274.0)64.116692lg 82.1()64.1Re lg 82.1(01.001.022====-=-=--w t c f 设m l 75.2=，则038.1)75.202.0(1)(13/23/2=+=+l de 03.109009.1038.1)131.4(8/0274.07.12131.4)100016692()8/0274.0(3/2=⨯⨯-⨯+⨯-⨯=Nu)/(70.346102.0635.003.1092K m W dNuh ⋅=⨯==λ(6) 由热平衡关系求管长L ：W t t c m f f p 4.71542)3050(4174857.0)'"(=-⨯⨯=-=Φ∙热平衡关系：)()()'"(f w f w f f p t t dlh t t hA t t c m -=-=-=Φ∙π所以：m t t dh l t w 74.2)40100(70.346104.04.71542)(=-⨯⨯⨯=-Φ=ππ（7）验算管长将管长的计算值(2.74m)与假定值(2.75m)比较，两者基本相同，即满足假定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
x δ 从量级看为1δ级1~11~111~1Re 12δδδ⨯=∞vx u x量级两量的数量级相同，所以x δ与x Re 1成比例5-2、对于油、空气及液态金属，分别有1>>r P ，1≅r P ，1<<r P ，试就外标等温平板的层流流动，画出三种流体边界层中速度分布和温度分布的大致图象（要能显示出x δδ与的相对大小）。
解：如下图：5-3、已知：如图，流体在两平行平板间作层流充分发展对流换热。
求：画出下列三种情形下充分发展区域截面上的流体温度分布曲线：（1）21w w q q =；（2）212w w q q =；（3）01=w q 。
解：如下图形：5-4、已知：某一电子器件的外壳可以简化成如图所示形状。
c h t t 。
求：定性地画出空腔截面上空气流动的图像。
解：5-5、已知：输送大电流的导线称为母线，一种母线的截面形状如图所示，内管为导体，其中通以大电流，外管起保护导体的作用。
设母线水平走向，内外管间充满空气。
求：分析内管中所产生的热量是怎样散失到周围环境的。
并定性地画出截面上空气流动的图像。
解：散热方式：（1）环形空间中的空气自然对流（2）内环与外环表面间的辐射换热。
5-6、已知：如图，高速飞行部件中广泛采用的钝体是一个轴对称的物体。
求：画出钝体表面上沿x 方向的局部表面传热系数的大致图像，并分析滞止点s 附近边界层流动的状态。
（层流或湍流）。
解：在外掠钝体的对流换热中，滞止点处的换热强度是很高的。
该处的流动几乎总处层流状态，对流换热的强烈程度随离开滞止点距离的增加而下降。
5-7．温度为80℃的平板置于来流温度为20℃的气流中．假设平板表面中某点在垂直于壁面方向的温度梯度为40mm ℃，试确定该处的热流密度．边界层概念及分析5-8、已知：介质为25℃的空气、水及14号润滑油，外掠平板边界层的流动由层流转变为湍流的灵界雷诺数5105Re ⨯=c ，s m u /1=∞。
求：以上三种介质达到c Re 时所需的平板长度。
解：（1）25℃的空气 v =15.53610-⨯s m /2v x u x ∞=Re =561051053.151⨯=⨯⨯-x x=7.765m（2）25℃的水 s m v /109055.026-⨯= x=0.45275m（3）14号润滑油 s m v /107.31326-⨯= x=156.85m5-9、已知：20℃的水以2m/s 的流速平行地流过一块平板，边界层内的流速为三次多项式分布。
求：计算离开平板前缘10cm 及20cm 处的流动边界层厚度及两截面上边界层内流体的质量流量（以垂直于流动方向的单位宽度计）。
解：20℃的水 s m v /10006.126-⨯= s m u /2=（1）x=10cm=0.1m61000.101.02Re -∞⨯⨯==v x u x =19880.72 小于过渡雷诺数x Re . 按（5—22）mu vx 36100406.121.010006.164.464.4--∞⨯=⨯⨯==δ设3)(2123δδy y u u y⨯-⨯=∞yy y y d yy u d u u u ud u u ud m ])(2123[3000δδρρρρδδδδ⨯-⨯====⎰⎰⎰⎰∞∞∞∞=]843[)](8143[0342δδρδδρδ-=-⨯∞∞u y y u =998.2⨯2δ85⨯=1.298 2/m kg （2）x=20cm=0.2m610006.102.02Re -⨯⨯=x =39761.43 （为尽流）361047.1202.010006.164.464.4--∞⨯=⨯⨯==u vx δ m834.18522.9980=⨯⨯==⎰δρδy x d u m 2/m kg5-10、已知：如图，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称 为库埃流。
不计流体中由于粘性而引起的机械能向热能的转换。
求：流体的速度与温度分布。
解：（1）动量方程式简化为 022=+-dy ud dx dp μ，y=0, u=0, y=H, ()σ=y u ，σ为上板速度。
平行平板间的流动0=dx dp 。
积分两次并代入边界条件得()σ⎪⎭⎫⎝⎛=H y y u 。
（2）不计及由于粘性而引起机械能向热能的转换，能量方程为：t k y t x t u c 2∇=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂νρρ,对于所研究的情形，0=ν，0=∂∂x t ，因而得022=dy t d ，y=0,1w t t =,y=H,2w t t =,由此得()121w w w t t H yt t -⎪⎭⎫⎝⎛+=。
5-11、已知：如图，外掠平板的边界层的动量方程式为：22y uy u v xu u ∂∂=∂∂+∂∂ν。
求：沿y 方向作积分（从y=0到δ≥y ）导出边界层的动量积分方程。
解：任一截面做y=0到∞→y 的积分dy y uv dy y u v dy x u u ⎰⎰⎰∞∞∞∂∂=∂∂+∂∂02200根据边界层概念y>∞≈u u ,δ故在该处0.0,022≈∂∂≈∂∂≈∂∂y uy u x u则有dy y uv dy y u v dy x u u ⎰⎰⎰∞∂∂=∂∂+∂∂02200δδ (1)其中dy y u u u v dy y u v ⎰⎰∂∂-=∂∂∞δδδ00由连续行方程可得dy x u v dy y u dy y v ⎰⎰⎰∂∂-=∂∂-=∂∂δδδδ000;所以dy x u u dy x u u dy y u v ⎰⎰⎰∂∂+∂∂-=∂∂∞δδδ000…………………..（2） 又因为0022=⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=∂∂y y u v dy y uv δ (3)（1）（2）代入（3）()⎰⎰⎰⎰∞-=∂∂+∂∂-∂∂δδδδ0000dy u u u dx d dy x u u dy x u dy x u u故边界层的动量积分方程为()00=∞⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=-y y u v dy u u u dx dδ5-12、已知：Pa 510013.1⨯、100℃的空气以v=100m/s 的速度流过一块平板，平板温度为30℃。
求：离开平板前缘3cm 及6cm 处边界层上的法向速度、流动边界层及热边界层厚度、局 部切应力和局部表面传热系数、平均阻力系数和平均表面传热系数。
解：定性温度65230100=+=m t ℃()K m W ⋅=/0293.0λ,695.0Pr =，s m /105.1926-⨯=ν，3/045,1m kg =ρ。
（1）cm x 3=处，5610538.1105.1910003.0Re ⨯=⨯⨯==∞νxu x)s m v /2218.010538.187.010015=⨯⨯=δ动量边界层厚度()mm 355.010538.103.064.4215=⨯⨯⨯=-δmm t 398.0355.0695.0Pr 3131=⨯==--δδ ()252261.810538.1100045.1323.0Re 323.0s m kg u xw ⋅=⨯⨯⨯==∞ρτ()K m W x h xx ⋅=⨯⨯⨯⨯==2531216.112695.010538.103.00293.0332.0Pr Re 332.0λ比拟理论5-13．来流温度为20℃、速度为4m/s 空气沿着平板流动，在距离前沿点为2m 处的局部切应力为多大？如果平板温度为50℃，该处的对流传热表面传热系数是多少？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．5-15．温度为160℃、流速为4m/s 的空气流过温度为30℃的平板．在离开前沿点为2m处测得局部表面传热系数为149()℃2m W ．试计算该处的f x x c j St ,,,Nu ,Re x 之值． 5-16、已知：将一块尺寸为m m 2.02.0⨯的薄平板平行地置于由风洞造成的均匀气体流场中。
在气流速度s m u /40=∞的情况下用测力仪测得，要使平板维持在气流中需对它施加0.075N 的力。
此时气流温度20=∞t ℃，平板两平面的温度120=w t ℃。
气体压力为Pa 310013.1⨯。
求：试据比拟理论确定平板两个表面的对流换热量。