5传热学-课堂练习

《5传热学-课堂练习》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章对流换热(ConvectionHeatTransfer)［例5-1］由对流换热微分方程可知，该公式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度场无关。试判断这种说法的正确性。典型题精解解：这种说法不正确。因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”，因此，表面传热系数必与流体速度场有关。［例5-2］在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大？为什么？有人说一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度梯度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小

2、，你认为呢？解：在温度边界层中，贴壁处流体温度梯度的绝对值最大，因为壁面与流体间的热量交换都要通过贴壁处不动的薄流体层，因而这里换热最剧烈。由对流换热微分方程，对一定表面传热温差的同种流体，λ与△t均保持为常数，因而，可用绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小。［例5-3］对流换热边界层微分方程组是否适用于粘度很大的油和Pr数很小的液态金属？为什么？解：对粘度很大的油类，Re数很低，速度边界层厚度与x为同一数量级，因而动量微分方程中与为同一级，不可忽略，且此时由于与，速度u和v为同一量级，y方向的动量微分方程不能忽略。［例5-4］试

3、比较准则数Nu和Bi的异同!解：从形式上看，Nu数（Nu=）与Bi数（Bi=）完全相同，但二者物理意义却不同。Nu数中的λ为流体的导热系数，而一般h未知，因而Nu数一般是待定准则。Nu数的物理意义表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，它表示流体对流换热的强弱。而Bi数中λ的为导热物体的导热系数，且一般情况下h已知，Bi数一般是已定准则。Bi数的物理意义是导热体内部导热热阻()与外部对流热阻(l/h)的相对大小。［例5-5］对管内强制对流换热，考虑温差修正系数时，为何对气体采用温度形式，而对液体却采用粘度形式？解：在热边界层内温度场影响流

4、体的物性值。对于液体，主要影响其粘度，而对密度等影响不大，因而温差修正系数采用粘度形式，即的形式；而对气体，温度场不仅影响其粘度，还影响其密度ρ，导热系数λ等参量，而所有这些参量均与温度有一定函数关系，所以采用温度形式修正，即的形式。例5-6］对管内强制对流换热，为何采用的短管和弯管可以强化流体的换热？解：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“入口段效应”，从而强化换热。而对弯管，流体流经弯管时，由于离心力作用，在截面上产生二次环流，增加了扰动，从而强化了换热！［例5-7］对管内流

5、层强制对流换热，试定性给出沿管轴方向局部表面传热系数随x的变化曲线。并说明在传热温差一定的情况下，为何平均表面传热系数总是高于局部表面传热系数？解：由于入口效应，入口段热边界层较薄，因而换热较强。局部表面传热系数较高，且沿主流方向逐渐降低。当换热达充分发展段（温度边界层汇合于管子中心线后），局部表面传热系数hx将保持不变，随x的变化趋势如图5-3实线所示。图5-3管内强制对流换热表面传热系数曲线在传热温差一定时，平均表面传热系数hm与局部表面传热系数hx有如下关系:由上述积分的性质可知，在0~x区间内的平均值hm要高于x处的局部值，

6、因而平均表面传热系数总是位于局部值的上方（如上图中虚线所示）。［例5-8］试举例说明，对管内强制对流换热的定量计算何时应采用试算法(迭代法)？如何判断迭代过程达到收敛？解：一般有以下几种情形，宜采用试算法。(1)管长L未知。因为管内湍流换热达充分发展时要求L/d≥60。此时可先假定满足此条件，即令ＣL=l，待根据热平衡方程求出管长后，再校正。(2)流体速度未知。此时先假定流速，根据Re数选择层流或湍流公式，再根据热平衡方程对流速进行校正。(3)管内壁温度未知。由于内壁温未知，因而流体与壁温之差Δt=twi-tf未知，无法确定是否需要

7、进行温差修正。此时可先假定Ｃt=1，然后由热平衡方程确定内壁温twi，再进行修正。(4)管径d未知，因此无法确定是否是层流、湍流和满足l/d≥60的条件。处理方法与流速和管长未知的情形类似。(5)流体出口温度未知。此时流体平均温度亦未知，因而无法确定流体物性(如ν，Pr，λ等)及是否要进行温差修正。处理方法先假设流体出口温度，按对流换热问题的求解步骤进行计算，最后用热平衡方程求出，再进行迭代计算，直到满足热平衡偏差为止。迭代过程收敛的条件为热平衡偏差值小于±5%。［例5-9］试计算图5-4(a)，(b)，(c)三种情形的当量直径，其

8、中阴影线的部分表示流体流过的通道。解：d2d1(a)d2d1(c)dlll(b)图5-4通道截面图P=3(l－d＋πd/6)=3(l－d)+1/2×πd［例5-10］其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪种情形表面传