对流传热与传质作业
传质传热学作业汇总
第三章1 作业
• 2，5，6
2
• 解：通过两层的热流密度小于1500W/m2
q Rt t1 11 t32 2
07.0 52 0 552 W/m21500W/m2
1.3 0.1
275 10 50 05501..0320.1m0.0448m
隔热层厚度应大于0.0448 m
5
• 解：根据附录3查得超细玻璃棉毡平均导热 系数为
实验课的不足
第二章 作业
• 1，2
注：为减轻不必要的负担，不需要抄题目。
•1
解： 导热微分方程
•
t c(x2t2y2t2z2t2)c
或 c t x( x t) y( y t) z( z t) •
常物性、无内热源的稳态二维导热问题，其导热微分
方程为。
2t x2
2t y 2
0
y
a
铜
x
b
y
a
铁
x
b
2t 2t 0 x2 y2
（1）x=0，t=t1 x=b，t=t2 y=0，t=t3 y=a，t=t4
λ铜> λ铁 ρ铜> ρ铁 c铜< c铁
从微分方程和边界条件，可以判 断最终获得的描述温度场的方程 中不包含物性参数λ 、ρ、 c，但是 包含边界条件中所涉及的参数， 而对于铜块和铁块，它们的边界 条件是相同的，所以对于第一种 情况温度场是相同的。
第二类边界条件
r R, qw h(tw tf ) 第三类边界条件
tw
●
壁面温度tw
周围流体温度tf 表面传热系数h
作业总结
• 1写出导热微分方程和边界条件，如果边界条 件和微分方程不包含任何物性常数如λ 、ρ、 c 等，则温度场相同，否则温度场不同。
对流传热传质
2
3 热对流
n
湍流流动
n
热对流：由于流体质点发生相对位移而引起的热量传递过 程 特点：热对流只发生在流体中，流体各部分间产生相对位 移 产生对流的原因：由于流体内部温度不同形成密度的差 异，在浮力的作用下产生流体质点的相对位移，使轻者上 浮，重者下沉，称为自然对流；由于泵、风机或搅拌等外 力作用而引起的质点强制运动，称为强制对流 流动的原因不同，热对流的规律也不同。在强制对流的同 时常常伴随有自然对流
n
在速度、热和传质的边界层内有如下特点
n
层内分子扩散传质起主要作用 层外为接近于无传质的等密度区
4 轴对称圆柱坐标的 边界层动量和能量方程式
n
工程上经常遇到 流体在 圆管和 圆环中的流动、传热和传质 问题，圆柱坐标是很好 的分析 坐标
n n
边界层动量方程 边界层能量方程
2
n
该 坐标系 下的连续性方 程：根据前面相同的 步骤，分析 圆柱坐标中控制容积各 个界面 流入和流出质流量和变化 率 ，在稳 定的情况下， 连续性 方程为
n
整个流场分为两个区域： 边界层区： 层内动量传递主要取决 于分子动量传递 层外势流区：可近似按 无粘性的势流理论计算
n
整个温场分为两个区域： 热边界层区： 层内分子导热起主要作 用 层外的近似等温区
传质边界层
n
当混合物 流体掠过平壁时，若 某一组成物的质量百 分 数和壁面 上的数值不等，就要引起传质，在近壁的一 薄层流体中有显著的密度梯度 ，称为传质边界层
n
n n n n n
1975年日本公司开发出了Thermoexcel-E 型沸腾换热强 化管，充分利用了这一思想，开创了高效相变传热管商业 生产的先河，从此国际上形成了一个极大的产业： 德国: Wieland； 美国: Wolverine； 芬兰: Outkupum； 中国：金龙 从气化核心这一技术科学问题的解决到多种商用沸腾 换热强化表面的开发给我们一个重要的启示：一个技术科 学理论问题的解决会变成生产力，会产生巨大经济效益。
高等传热学自学及作业安排
《高等传热学》课程自学及作业安排2014届硕士研究生适用本课程教学方式：以自学为主，教师指导为辅。
考核方法：开卷笔试（50%）+平时成绩（作业及讲课30%）+两次大作业（20%）一、教学资料1.教材孙德兴编.高等传热学—导热与对流的数理解析.北京：中国建筑工业出版社，2005（图书馆均可借到）2.主要参考书张靖周编.高等传热学.北京：科学出版社，2009*王瑞金等编.Fluent技术基础与应用实例.北京：清华大学出版社，20073.参考资料[1]杨强生，高等传热学.上海：上海交通大学出版社，1996[2][美]E.R.G.埃克特，R.M.德雷克著，航青译.传热与传质分析.北京：科学出版社，1983[3][美]M. N.奥齐西克,俞昌铭主译.热传导.北京：高等教育出版社，1983[4]杨强生.对流传热与传质.北京：高等教育出版社，1985[5]赵镇南译.对流传热与传质（第4版）.北京：高等教育出版社，2007*[6][美]E.M.斯帕罗，R.D.塞斯著，顾传保，张学学译.辐射传热.北京：高等教育出版社，1982*[7]陶文铨编著.数值传热学.西安:西安交通大学出版社，1988[8]周俊杰等编. FLUENT工程技术与实例分析.北京：中国水力水电出版社，2010（除*外，均提供电子版）4.课件、教案、FLUENT软件及其他提供光盘！二、自学、收集整理资料及讲课1.自学根据教案及课件提前查资料并自学相关内容。
如：2.收集整理资料及讲课每三位同学负责一至二次课内容，具体分工自行商量。
内容包括：(1)收集整理资料按照教案要求，收集、整理、加工相关教学资料，如“典型一维稳态导热现象（参考文献[1]PP27-40）”，形成电子版提交到qq群，供全班同学共享。
(2)讲课其中一位同学讲解该次课教学内容，时间为45分钟，重点讲解教案中提出的“重点需要理解的问题”；另一位同学讲解作业，时间15分钟，重点讲解分析思路。
传热与传质学第十四章 对流传质
τ＝τl－τt
（14-7）
式中τl——层流切应力，即μdu/dy；
τt ——紊流切应力。
引入普朗特混合长度假说可以证明：
t
u'yu'x
l
2
du dy
2
E M
du dy
EM
l2
du dy
紊流动量扩散系数
(
EM
) du dy
q
c
p
(a
EH
当Pr＝1(cp＝λ /μ )
qs Ts T s u
对于Pr＝１的流体来说，层流底层与紊流核心
中的qs/τs是相等的。雷诺类比就可以应用了。
qs
s
c
p
Ts
T u
qs Ts T s u
紊流
qs scp
Ts T u
层流
类比可以得到：
jD
StD=kc/ u∞ = cf/2=jM
(14-13)
jD称为质量传递的j因子 jD = StD=kc/ u∞
在Pr=1和Sc=1的情况下有：
St=StD =jM = cf/2
jH
jD
(二)普朗特类比
普朗特假设紊流流动是由层流底层和紊 流核心组成。
ShL
cf 2
Re Sc
StD=Sh/(Re·Sc)=kc/u
14-4质量、动量和热量传递的类比
一、紊流质扩散系数 紊流流动的特点：脉动和由脉动带来的横向掺混。 紊流中任一点的流动方向和速度均是不规则的， 涡流运动引起整个紊流核心的混和，这一过程称 为“涡流扩散”。 时均值：虽然变动，但是始终围绕一个值上下波
化工原理：5-4 对流传热
三、自然对流
Nu c(Gr Pr)n
通过实验测得的c和n值列于P250表5-7中。
45
第五章 传 热
5.4 对流传热 5.4.1 对流传热机理和对流传热系数 5.4.2 对流传热的量纲分析 5.4.3 流体无相变时的对流传热系数 5.4.4 流体有相变时的对流传热系数 （自学，了解） 5.4.5 非牛顿型流体的传热（选读）
普兰德数 (Prandtl number)
28
二、对流传热过程的量纲分析
3
l3 2gt 2
Gr
格拉斯霍夫数 (Grashof number)
表示由温度差引起的浮力与黏性力之比
因此，有
Nu (Gr, Pr)
自然对流（无相变） 传热时的准数关联式
29
对于流体强制、自然流动，共有4个准 数，切记它们的物理意义。
32
一、流体在管内作强制对流
1.流体在光滑圆形直管内作强制湍流
（ 1 ） 低 黏 度 流 体 (≤2 水 ) 可 应 用 迪 特 斯
（Dittus）—贝尔特（Boelter）关联式
Nu 0.023Re0.8 Prn
或 0.023 ( diu )0.8(Cp )n
di
当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3。
46
练习题目
思考题 P279 3、14
传热过程所涉及到的量纲为一准数的名称、计算 式、含义是什么 ？（P246表5－6）
作业题: P278 11、13
47
(T
Tw
)dS
换热器任一截 面上热流体的
平均温度
换热器任一截面 上与热流体相接 触一侧的壁温
10
二、热边界层及对流传热系数
流体的传热和传质
流体的传热和传质流体的传热和传质是热力学和传质学领域中的重要理论和实践问题。
在许多工程和自然现象中，流体的传热和传质过程起着关键作用，如热力设备的设计、化工反应过程的控制以及环境保护等。
本文将从理论和实践两个方面，对流体传热和传质进行探讨。
一、流体的传热流体的传热是指热量在流体中的传递过程。
这种传递可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是指热量在固体或液体中的传递过程，其传递方式与物质的微观结构有关。
对流是指传热介质的流动对传热过程的影响，其传递方式与流体的性质和流动条件有关。
辐射是指热量以电磁波的形式传递，不需要传热介质参与。
在工程实践中，为了提高流体的传热效率，常采用换热器。
换热器是一种通过流体的换热面进行热量传递的设备，根据换热的方式和流体的性质可以分为不同类型，如壳管式换热器、板式换热器等。
不同的换热器在不同的工况下有着各自的优势和适用性。
二、流体的传质流体的传质是指在流体中不同组分之间物质的传递过程。
传质过程可以通过扩散、对流和反应等方式进行。
扩散是指溶质在流体中由浓度高的区域向浓度低的区域传递，其速度与浓度梯度成正比。
对流是指流体的流动对传质过程的影响，常用于提高传质效率。
反应是指溶质通过化学反应或生物反应等方式在流体中传递。
在化工工艺中，流体的传质过程对反应速度和产品质量有着重要影响。
为了实现高效传质，需要控制传质介质的流动条件和溶质的浓度梯度，同时合理选择传质设备和工艺参数。
三、流体传热和传质实践案例流体的传热和传质在许多工程和自然过程中发挥着重要作用。
以下是一些实践案例：1. 化工反应过程中的传热和传质：在化学反应中，传热和传质过程对反应速度和产物分布有着直接影响。
通过合理设计反应器和传热设备，可以提高反应的效率和选择性。
2. 多相流传热和传质：在多相流动中，不同相之间的传热和传质过程对相变、反应和质量传递起着重要作用。
例如，在锅炉中的蒸汽生成和汽车发动机中的冷却系统，多相流传热和传质是需要考虑的重要问题。
对流传热实验实验报告
对流传热实验实验报告一、实验目的对流传热现象在工业生产和日常生活中广泛存在，深入理解对流传热的原理和规律对于优化传热过程、提高能源利用效率具有重要意义。
本次对流传热实验的主要目的包括：1、测定空气在圆形直管内强制对流传热的表面传热系数，并与经验关联式的计算值进行比较，加深对对流传热基本原理的理解。
2、了解实验设备的结构和工作原理，掌握实验数据的测量和处理方法。
3、观察和分析影响对流传热系数的因素，如流速、温度等。
二、实验原理对流传热是指流体与固体壁面之间的热量传递过程。
在强制对流情况下，流体的流速对传热系数有着显著的影响。
根据牛顿冷却定律，对流传热的热流量＄＼Phi$ 可以表示为：＄＼Phi ＝ hA\Delta T$其中，＄h$ 为表面传热系数，＄A$ 为传热面积，＄＼Delta T$ 为壁面与流体之间的温差。
对于圆形直管内的强制对流传热，表面传热系数可以通过经验关联式计算。
在本次实验中，采用迪图斯贝尔特（DittusBoelter）关联式：＄Nu ＝ 0023Re^｛08}Pr^｛n}＄其中，＄Nu$ 为努塞尔数，＄Re$ 为雷诺数，＄Pr$ 为普朗特数，＄n$ 的取值取决于流体的加热或冷却情况，加热时＄n ＝ 04$，冷却时＄n ＝ 03$。
努塞尔数、雷诺数和普朗特数的定义分别为：＄Nu ＝＼frac{hd}｛k}＄＄Re ＝＼frac{ud\rho}｛＼mu}＄＄Pr ＝＼frac{＼mu C_{p}｝｛k}＄其中，＄d$ 为管道内径，＄k$ 为流体的热导率，＄u$ 为流体流速，＄＼rho$ 为流体密度，＄＼mu$ 为流体动力粘度，＄C_{p}＄为流体定压比热容。
通过测量流体的流速、温度、压力等参数，可以计算出雷诺数、普朗特数和温差，进而求得表面传热系数的实验值。
将实验值与关联式的计算值进行比较，可以验证关联式的准确性，并分析误差产生的原因。
三、实验设备本次实验所使用的对流传热实验装置主要由风机、风道、电加热管、圆形直管、测温热电偶、压差计、流量计等组成，如图 1 所示。
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t ∞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 ＝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('(0)w w q t t λ∞=-，因此局部换热系数w x w q h t t ∞=-，局部努谢尔数()w w q xNu t t λ∞=-，所以可得'(0)Nu θ=，即Nu ～Re 1/2；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r r rθ=∂∂也不推进方向变化，即w r r m w r rt t rr t t θ==⎛⎫-∂∂=⎪∂∂-⎝⎭＝常数，而壁温t w 和流体的混合平均温度t m 不随径向距离r 变化，而换热系数是用壁温和流体混合平均温度之差来定义的，即0w r r w m w m q th t t t t rλ=∂==---∂，显然为常数。
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t ∞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 ＝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('(0)w w q t t λ∞=-，因此局部换热系数w x w q h t t ∞=-，局部努谢尔数()w w q xNu t t λ∞=-，所以可得'(0)Nu θ=，即Nu ～Re 1/2；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r r rθ=∂∂也不推进方向变化，即w r r m w r rt t rr t t θ==⎛⎫-∂∂=⎪∂∂-⎝⎭＝常数，而壁温t w 和流体的混合平均温度t m 不随径向距离r 变化，而换热系数是用壁温和流体混合平均温度之差来定义的，即0w r r w m w m q th t t t t rλ=∂==---∂，显然为常数。
传递过程原理作业题和答案(原稿)
《化工传递过程原理（H ）》作业题1. 粘性流体在圆管内作一维稳态流动。
设 r 表示径向距离，y 表示自管壁算起的垂直距离，试分别写出沿r 方向和y 方向的、用（动量通量）=-（动量扩 散系数）x （动量浓度梯度）表示的现象方程。
2. 试讨论层流下动量传递、热量传递和质量传递三者之间的类似性。
2. (1-3) 解：从式(1-3)、(1-4)、(1-6)可看出:j A D AB ^ A( 1-3)dy d( u) dy2.扩散系数 、、D AB 具有相同的因次，单位为m 2/s ；3•传递方向与该量的梯度方向相反3. 试写出温度t 对时间 的全导数和随体导数，并说明温度对时间的偏导数、 全导数和随体导数的物理意义。
物理意义:表示空间某固定点处温度随时间的变化率;1. (1-1)解:d( u) dy(y z, u z,虫> 0)dyd( u) dr(r Z, U ]dudr < 0)(1-4)q/Ad( C p t)dy(1-6)1.它们可以共同表示为：通量=—（扩散系数）X （浓度梯度）；3. （3-1）解：全导数:dt dt t dx t d y t dzxdyd z dttt t u xUy-u z xy z随体导数：DDu z3z ( 3z )( 3 ) 3z(3 21)表示测量流体温度时’测量点以任意速度乎、乎、生运动所测得的温度随时间的变化率测得的温度随时间的变化率4. 有下列三种流场的速度向量表达式，试判断哪种流场为不可压缩流体的流 动。
(1) u(x,y,z) (x 22 )i (2xy )J (2)—*■u(x,y,z) 2xi (x z)j (2x 2y)k（3） u(x,y)2xyi 2yzj 2xzk4.（ 3-3）解：不可压缩流体流动的连续性方程为： U 0 （判据）1. u 2x2x0，不可压缩流体流动；2. U 2 0 02，不是不可压缩流体流动；5. 某流场可由下述速度向量式表达：r r r ru （x, y, z, ） xyzi yj 3z k试求点（2，1, 2，1）的加速度向量0 xyz(yz) y(xz) 3z (xy) xyz( yz 1 3 )Du y D ydt丁Dt表示测量点随流体一起运动且速度 dxU xU ydy d 、U z3.2y 2z 2x 2(x y z)0,不可压缩 0,不是不可压缩5. (3-6)Du x rDU y rD 1D JDu x Du xu xux"xU yu x yu xuz"z6.流体在两块无限大平板间作一维稳态层流。
传热传质学实验报告
传热传质学实验报告实验目的本实验旨在通过研究传热传质过程，了解不同条件下的传热传质机理和规律，探讨传热传质实验的基本原理和方法。
实验原理传热传质是指物质在温度、浓度或者压力的差异下，在不同物质间或同一物质内进行传递的过程。
传热传质实验主要通过测量传热传质的相关参数，如传热速率、传质速率、传热系数、传质系数等，来研究传热传质机理和规律。
传热传质过程可分为三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。
传质过程可分为扩散传质、对流传质和化学传质。
本实验将重点研究热传导和对流传热的实验方法和原理。
实验装置本次实验采用以下装置进行实验：1. 热传导实验装置：主要包括热源、导热介质和测温仪器等组成。
通过给导热介质以一定的温度差，通过测量导热介质的温度分布情况，来研究热传导的机理和传热性能。
2. 对流传热实验装置：主要包括加热器、冷却器、循环泵和测温仪器等组成。
通过控制流体的流速和温度差，通过测量流体的温度变化和流速，来研究对流传热的机理和传热性能。
实验步骤1. 热传导实验：- 准备导热介质和测温仪器；- 将温度传感器插入导热介质中，并固定好位置；- 设定热源温度和冷却源温度，并控制温度差；- 开始实验，并记录不同位置的温度数据。
2. 对流传热实验：- 准备加热器、冷却器、循环泵和测温仪器；- 将流体通过加热器和冷却器循环流动；- 设定加热器的温度和冷却器的温度差；- 开始实验，并记录不同位置的温度和流速数据。
实验结果经过实验的操作和数据记录，得到了以下实验结果和分析：1. 热传导实验结果分析：- 根据导热介质中不同位置的温度数据，绘制出温度分布曲线；- 根据实验数据计算出导热系数，并与标准值进行比较；- 分析导热介质的导热性能和传热机理。
2. 对流传热实验结果分析：- 根据流体不同位置的温度和流速数据，绘制出温度和流速分布曲线；- 根据实验数据计算出传热系数，并与标准值进行比较；- 分析流体的流动状态、传热性能和传热机理。
传热作业答案
传热系数
定义：表示物体传热能力的物理量
单 位 ： W / m ·K
影响因素：材料的导热系数、密度、比热容等
计算公式：Q=kAΔT/L，其中Q为传热量，k为传热系数，A为传热面积，ΔT为温度差，L为 传热距离
传热原理
传热方式：传导、对流、辐射
传热过程：热量从高温物体传递到低温 物体
传热系数：衡量传热能力的参数
高效传热技术的创新和发展
创新方向：纳米材料、复合材料、相变材料等 发展目标：提高传热效率、降低能耗、减少环境污染 技术挑战：传热机理、材料选择、制造工艺等方面的难题 未来展望：高效传热技术在能源、环保、航空航天等领域的应用前景
节能减排和环保要求的推动作用
随着全球对节能减排和环保要求的提高，传热作业的发展趋势将更加注重节能和环保。
选择合适的保温材料：根据环 境温度选择合适的保温材料， 提高保温效果
优化设备结构：改进设备结构， 减少热量损失
采用节能技术：采用节能技术， 如热泵、太阳能等，减少热量 损失
04
传热作业的案例分析
工业炉的传热过程
工业炉的组成： 炉体、炉衬、炉 门、燃烧器等
传热方式：传导、 对流、辐射
传热过程：燃料燃烧 产生热量，通过炉衬 传导到炉体，再通过 炉门辐射到炉内
辐射传热：通过电磁波传递 热量，不需要任何介质
复合传热：以上三种传热方式的 组合，如对流传热和辐射传热的
组合
传热过程
传热方式：传导、 对流、辐射
传热速率：表示传 热过程快慢的物理
量
传热系数：表示材 料导热能力的物理
量
传热面积：影响传 热速率的重要因素
传热时间：传热 过程持续的时间
传热介质：传递热 量的物质，如空气、
化工原理：流体力学与传热作业-(含答案)
1、当地大气压为745mmHg 测得一容器内的绝对压强为350mmHg ，则真空度为 mmHg 。
测得另一容器内的表压强为1360 mmHg ，则其绝对压强为 mmHg 。
2、为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。
测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。
今测得U 形压差计读数为R=130mm ，通气管距贮槽底面h=20cm ，贮槽直径为2m ，液体密度为980kg/m 3。
试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？解：由题意得：R=130mm ，h=20cm ，D=2m ，=ρ980kg/3m ，=Hg ρ3/13600m kg 。
（1）管道内空气缓慢鼓泡u=0，可用静力学原理求解。
（2）空气的ρ很小，忽略空气柱的影响。
g R g H H g ρρ=∴ m R H Hg 8.113.098013600.=⨯==ρρ 吨）(15.6980)2.08.1(2785.0)(4122=⨯+⨯⨯=+=∴ρπh H D W 3、测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。
两杯中放有密度为1ρ的液体，U 形管下部指示液密度为2ρ，管与杯的直径之比d/D 。
试证气罐中的压强B p 可用下式计算：22112)(Dd hg hg p p a B ρρρ---=证明： 作1-1等压面，由静力学方程得：g h g h P g h P B a 211ρρρ+∆+=+ （1） 22144d hD h ππ=221Dd h h =∴代入（1）式得：观察瓶 压缩空H Rhg h g D d h P g h P B a 21221ρρρ++=+即22112)(Dd hg g hg P P a B ρρρ---=3、查阅资料，写出比重计（密度计）的设计原理4、本题附图所示的开口容器内盛有油和水。
油层高度h 1=0.7m 、密度ρ1=800kg/m 3，水层高度h 2=0.6m 、密度ρ2=1000kg/m 3。
传热操作技术—对流传热(化工原理课件)
气泡的生 成条件2
汽化核心
汽化核心与加热面的粗糙程度、氧化情况、材料的性质及其不均 匀性等多种因素有关。
➢ 在无相变的对流传热时，热阻主要集中在层流底层 ➢ 但在沸腾给热时，气泡的生成和脱离对该薄层液体
产生强烈的扰动,使热阻大为降低。 ➢ 所以沸腾给热的强度要高于无相变化的对流给热。
层流底层 过渡层 湍流主体
湍流主体：流体质点的剧烈混合，热量传递主要依
TW
靠对流传热，热传导所起作用很小，这部分热阻很
小，传热速度极快，流体的温度差极小。
层流底层 过渡层 湍流主体
➢ 在对流传热时，热阻主要集中在层流底层 ➢ 减薄层流底层的厚度是强化对流传热的重要途径
T
热
Tw
流
体
冷
tw
流 体
t
δ1
δ2
流体通过间壁的热交换
液体在加 热面上的
沸腾
管内 沸腾
在一定压差作用下，以一定流 速流经加热管时所发生的沸腾 现象，又称为强制对流沸腾
强制对流沸腾
管壁上所产生的气泡不能自由上浮,而是 被管内液体所挟与其一起流动,从而造成 复杂的两相流动。因此,其机理要比池内 沸腾复杂。
过冷 沸腾
管内沸腾
流体主体温度低于饱和温度， 而加热面上有气泡生成
自然对流 核状沸腾 膜状沸腾
α
C
不
稳稳
定 膜
定 区
F
临界点 状 D E
B
ห้องสมุดไป่ตู้
A
0.1
1.0
10
10
10
Δt = (tw-ts)/℃
2
3
温度差和沸腾传热系数关系
当△t继继续增加,加热表面上形成一层稳定的气膜,把液体和加热表面完全隔开。但此 时壁温较高,辐射传热的作用变得更加重要,故α再度随△t的增加而迅速增加。
传热和传质基本原理习题详解
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。
化工原理实验之对流传热实验
化工原理实验报告之传热实验学院学生XX专业学 号 年 级二Ο一五年十一月一、实验目的1.测定冷空气—热蒸汽在套管换热器中的总传热系数K ；2.测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数；3.测定冷空气在不同的流量时，Nu 与Re 之间的关系曲线，拟合准数方程。
二、实验原理（1）冷空气-热蒸汽系统的传热速率方程为m t KA Q ∆=)ln(2121t t t t t m ∆∆∆-∆=∆，11t T t -=∆，22t T t -=∆ )(21t t C V Q p -=ρ式中，Q —单位时间内的传热量，W ;A —热蒸汽与冷空气之间的传热面积，2m ，dl A π=;mt ∆—热蒸汽与冷空气之间的平均温差，℃或KK —总传热系数，)℃/(2⋅m W ；d —换热器内管的内直径，d =20mm l —换热器长度，l =1.3m ；V —冷空气流量，s m /3； pC 、ρ—冷空气密度，3/m kg 空气比热，kg J /;21t t 、—冷空气进出换热器的温度，℃；T —热蒸汽的温度，℃。
实验通过测量热蒸汽的流量V ，热蒸汽进、出换热器的温度T 1和T 2 （由于热蒸汽温度恒定，故可直接使用热蒸汽在中间段的温度作为T ）,冷空气进出换热器的温度t 1和t 2，即可测定K 。
（2）热蒸汽与冷空气的传热过程由热蒸汽对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面对冷空气的对流传热三种传热组成，其总热阻为：2211111d h d d bd h K m ++=λ 其中,21h h 、—热空气，冷空气的给热系数，)℃/(⋅m W ；21d d d m 、、—内管的内径、内外径的对数平均值、外径，m ；λ—内管材质的导热系数，)℃/(⋅m W 。
在大流量情况下，冷空气在夹套换热器壳程中处于强制湍流状态，h2较大，221d h d 值较小；λ较大，md dλ1值较小，可忽略，即 1h K ≈（3）流体在圆形直管中作强制对流时对管壁的给热系数关联式为n m C Nu Pr Re '=。
计算流体传质与传热大作业
计算流体与传热传质数值计算题目：混合器中冷热水的三维流动与换热姓名：学号：学院：专业：教室：教师：二〇一五年十二月目录一、混合器中冷热水的三维流动与换热 (1)1.1问题的描述 (1)1.2问题的简单分析 (1)二、利用GAMBIT建立模型 (2)2.1混合器计算模型的建立 (2)2.1.1创建混合器主体 (2)2.1.2创建混合器切向入流管 (2)2.1.3混合器主体与切向入流管的组合 (4)2.1.4创建主体下部的圆锥 (4)2.1.5创建出流小管及整体组合 (5)2.2混合器网格的划分 (6)2.2.1划分网格 (6)2.2.2检查网格划分情况 (6)2.3混合器边界条件的设置 (7)2.4网格文件的输出 (7)三、利用FLUENT进行求解 (8)3.1单位的确定和网格的检查 (8)3.1.1启动FLUENT并读入网格文件 (8)3.1.2网格光滑与交换 (8)3.1.3确定单位cm (9)3.1.4检查网格 (10)3.1.5显示网格 (10)3.2计算模型的设置 (11)3.2.1设置求解器 (11)3.2.2启动能量方程 (12)3.2.3设置湍流模型 (12)3.3流体材料属性的设置 (12)3.4边界条件的设置 (14)3.4.1选择工作流体为液态水 (14)3.4.2设置热水边界条件 (14)3.4.3设置冷水边界条件 (15)3.4.4设置出流口边界条件 (15)3.5求解器的初始化 (16)3.6残差监视器的设置 (17)3.7 Case文件的保存 (17)3.8求解计算 (17)3.9 Data文件的保存 (18)四、利用FLUENT进行后处理 (19)4.1等值面的创建 (19)4.2温度分布图的绘制 (20)4.3速度矢量图的绘制 (22)4.4流体质点迹线的绘制 (24)4.5 XY曲线的绘制 (25)4.6混合器出口的平均温度 (27)4.7流动连续性的检查 (28)五、学习体会 (29)参考文献 (30)一、混合器中冷热水的三维流动与换热1.1问题的描述如图1.1所示，冷水和热水分别自混合器的两侧沿圆柱形容器边缘水平切线方向流入，在容器内混合后经过下部减缩通道流入等径的出流管，最后流入大气。
对流传热实验实验报告
对流传热实验实验报告实验三对流传热实验⼀、实验⽬的1.掌握套管对流传热系数i α的测定⽅法，加深对其概念和影响因素的理解，应⽤线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值；2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定⽅法。
⼆、实验原理㈠套管换热器传热系数及其准数关联式的测定⒈对流传热系数i α的测定在该传热实验中，冷⽔⾛内管，热⽔⾛外管。
对流传热系数i α可以根据⽜顿冷却定律，⽤实验来测定iii S t Q ??=α（1）式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热⾯积，m 2；t ?—内壁⾯与流体间的温差，℃。
t ?由下式确定：221t t T t w +-=?（2）式中：t 1，t 2—冷流体的⼊⼝、出⼝温度，℃；T w —壁⾯平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很⼤，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁⾯平均温度近似相等，⽤t w 来表⽰。
管内换热⾯积：i i i L d S π=（3）式中：d i —内管管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：)(12t t Cp W Q m m i -=（4）其中质量流量由下式求得：3600mm m V W ρ=（5）式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ；m Cp —冷流体的定压⽐热，kJ / (kg ·℃)；m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。
m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，221t t t m +=为冷流体进出⼝平均温度。
t 1，t 2，T w ，m V 可采取⼀定的测量⼿段得到。
⒉对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为n m A Nu Pr Re =.（6）其中：i i i d Nu λα=，m m i m d u µρ=Re ，mm m Cp λµ=P r物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m µ可根据定性温度t m 查得。
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第一章对流传热与传质的基本方程组
1-1在怎样的条件下纳维埃-斯托克斯方程式可以转化为定物性的边界层动量方程式（1-57）？说明边界层中压力P只是x的函数的物理意义。
答：（1）纳维埃-斯托克斯方程
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当和都为常数时，对于二维稳定流动有，上式简化为
将上式写出x方向的表达式：
X方向：
将它们转化成无量纲的形式。
取距离的参考长度为某特征距离L,纵掠平壁时的参考速度
为u∞；选取参考温度，在该温度下的密度R和粘性系数R作为参考值。
定义以下无量纲量：
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经无量纲后整理和化简再还原，X方向有：
（2）边界层中压力P只是x的函数代表边界层Y方向的压力变化很小，在同一距离X 处有相同的压力值。
1-2 设一定物性流体在二平行板间作二维稳定流动。
在离进口导边足够远的地方，y方向的速度分量v=0，而u只是y的函数。
试根据纳维埃-斯托克斯方程式分别写出x和y方向的动量方程式，并说明怎样确定轴向压力梯度。
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答：定物性流体，二维稳定流动有：
X方向：
y方向：
因y方向的速度分量v=0，有0 =，即= Y。
轴向压力梯度确定：= Y，其中Y=由单位体积力在y方向的分量确定。