高等传热学部分答案

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1、7-4，常物性流体在两无限大平行平板之间作稳态层流流动，下板静止不动，上板在外力作用下以恒定速度U运动，试推导连续性方程和动量方程。解：按照题意故连续性方程可简化为因流体是常物性，不可压缩的，N-S方程为x方向：可简化为y方向可简化为8-3，试证明，流体外掠平壁层流边界层换热的局部努赛尔特数为证明：适用于外掠平板的层流边界层的能量方程常壁温边界条件为引入量纲一的温度则上述能量方程变为引入相似变量有；将上三式和流函数表示的速度代入边界层能量方程，得到当时，速度边界层厚度远小于温度边界层厚度，可近似认为温度边界层内速度为主流速度，即，则由上式可得，求

2、解可得则8-4，求证，常物性不可压缩流体，对于层流边界层的二维滞止流动，其局部努赛尔特数满足证明：对于题中所给情况，能量方程可表示为其中，故上式可转化为经两次积分，得到定义表面传热系数，则进一步，进行无量纲化处理，引入局部努赛尔特数其中针对层流边界层的条件，查由埃克特给出的计算表如下：不同Pr数下，常物性层流边界层，的值mPr0.70.8151000.2920.3070.3320.5850.730.1110.3310.3480.3780.6690.8510.3330.3840.4030.440.7921.01310.4960.5230.571.0

3、431.344故可看出，，进而，，由，得对于二维滞止流，m=1，则h也为常数，从x=0到x处的平均热导率hm定义为故，则，由此可看出，在m=1时，努赛尔特数的近似解可以很好的表示为同样的，我们也可以得到三维滞止流的近似解9-1，试证明：圆管内充分发展流动的体积流量可表示为：9-2，常物性不可压缩流体在两平行平板间作层流流动，下板静止，上板以匀速U运动，板间距为2b，试证明充分发展流动的速度分布为证：二维流体质量、动量方程①②③在充分发展区，截面上只有沿流动方向的速度u在断面上变化，法向速度v可以忽略，因此可由方程①得:,④将式④代入③得到，，表明

4、压力P只是流动方向x的函数，即流道断面上压力是均匀一致的进一步由式②得，⑤相应的边界条件：对⑤积分得：，1.强迫流动换热如何受热物性影响？答：强迫对流换热与Re和Pr有关；加热与对流的粘性系数发生变化。2.强化传热是否意味着增加换热量？工程上强化传热的收益和代价通常是指什么？答：不一定，强化传热是指在一定条件（如一定的温差、体积、重量或泵功等）下增加所传递的热量。工程上的收益是减小换热器的体积节省材料和重量；提高现有换热器的换热量；减少换热器的阻力，以降低换热器的动力消耗等。代价是耗电，并因增大流速而耗功。3.传热学和热力学中的热平衡概念有何区别

5、？答：工程热力学是温度相同时，达到热平衡，而传热学微元体获得的能量等于内热源和进出微元体热量之和，内热源散热是有温差的。1.表面辐射和气体辐射各有什么特点?为什么对辐射板供冷房间，无需考虑气体辐射的影响，而发动机缸内传热气体辐射却成了主角？答：表面辐射具有方向性和选择性。气体辐射的特点：1.气体的辐射和吸收具有明显的选择性。2.气体的辐射和吸收在整个气体容器中进行，强度逐渐减弱。空气，氢，氧，氮等分子结构称的双原子分子，并无发射和吸收辐射能的能力，可认为是热辐射的透明体。但是二氧化碳，水蒸气，二氧化硫，氯氟烃和含氯氟烃的三原子、多原子以及不对称的

6、双原子气体（一氧化碳）却具有相当大的辐射本领。房间是自然对流，气体主要是空气。由于燃油，燃煤及然气的燃烧产物中通常包含有一定浓度的二氧化碳和水蒸气，所以发动机缸内要考虑。2.有人在学完传热学后认为，换热量和热流密度两个概念实质内容并无差别，你的观点是？答：有差别。热流密度是指通过单位面积的热流量。而换热量跟面积有关。3.管内层流换热强化和湍流换热强化有何实质性差异？为什么?答：层流边界层是强化管内中间近90%的部分，层流入口段的热边界层比较薄，局部表面传热系数比充分发展段高，且沿着主流方向逐渐降低。如果边界层出现湍流，则因湍流的扰动与混合作用又会

7、使局部表面传热系数有所提高，再逐渐向于一个定值。而湍流是因为其推动力与梯度变化和温差有关，减薄粘性底层，所以强化壁面。4.以强迫对流换热和自然对流换热为例，试谈谈你对传热、流动形态、结构三者之间的关联答：对流换热按流体流动原因分为强制对流换热和自然对流换热。一般地说，强制对流的流速较自然对流高，因而对流换热系数也高。例如空气自然对流换热系数约为5～25W/（m2•℃），强制对流换热的结构影响了流体的流态、流速分布和温度分布，从而影响了对流换热的效果。流体在管内强制流动与管外强制流动，由于换热表面不同，流体流动产生的边界层也不同，其换热规律和对流换

8、热系数也不相同。在自然对流中，流体的流动与换热表面之间的相对位置，对对流换热的影响较大，平板表面加热空气自然对流时，热面朝上气流扰动比较