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1、工程熱力學與傳熱學第十章 對流換熱 典型問題分析典 型 問 題一. 基本概念分析1 在流體溫度邊界層中，何處溫度梯度的絕對值最大？為什么？2 對流換熱邊界層微分方程組是否適用于粘度很大的油和Pr數(shù)很小的液態(tài)金屬。3 對管內(nèi)強迫對流換熱，為何采用短管和彎管可以強化流體換熱？4 其他條件相同時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大？為什么？二. 計算題分析1 20的空氣在常壓下以10m/s的速度流過平板，板表面溫度tw=60，求距平板前緣200mm處的速度邊界層厚度和溫度邊界層厚度，t. 以及表面換熱系數(shù)h, hx和單位寬度的換熱量。2 一換熱設(shè)備的工作條件是：壁溫tw=120，

2、加熱80 的空氣，空氣流速0.5m/s。采用一個全盤縮小成原設(shè)備1/5的模型來研究它的換熱情況。在模型中亦對空氣加熱，空氣溫度tw =10，壁面溫度30。試問模型中流速u應(yīng)多大才能保證與原設(shè)備中的換熱現(xiàn)象相似。3 20，14kPa的空氣，以150/s的速度流過長為1的平板，平板溫度保持150。試問平板單位面積的平均熱流量是多少？4 流量為0.8kg的水在直徑為2.5c的管內(nèi)從35加熱到40，管壁溫度為90。試問需要多長的管子才能完成這樣的加熱？5 溫度為50，壓力為1.013105Pa的空氣，平行掠過一塊表面溫度為100 的平板上表面，平板下表面絕熱。平板沿流動方向長度為0.2，寬度為0.1，

3、按平板長度計算的雷諾數(shù)為4104。試確定：（1）平板表面與空氣間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱量；（2）如果空氣流速增加一倍，壓力增加10.13105Pa，計算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱量。6 計算一個40的白熾燈燈泡在27 的靜止空氣中的散熱，燈泡溫度為127。設(shè)燈泡可近似為直徑50的圓球。確定自然對流換熱在白熾燈功率中所占的百分比。分析解答一. 基本概念分析解答1. 答：固體表面處溫度梯度最大，在物體表面處溫度變化最快。2. 答：對粘度很大的油和粘度很小的液態(tài)金屬都不適用，邊界層對流換熱微分方程組中，動量擴散能力與熱量擴散能力相當。3. 答：采用短管，主要是利用流體在管內(nèi)換熱處于入口段溫度邊界層較薄，因而換

4、熱強的特點，即所謂的“入口效應(yīng)”），從而強化換熱。對于彎管，流體流經(jīng)彎管時，由于離心力作用，在橫截面上產(chǎn)生二次環(huán)流，增加了擾動，從而強化了傳熱。4. 答：橫向沖刷時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。因為縱向沖刷時相當于外掠平板的流動，熱邊界層較厚，而橫向沖刷時熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的旋渦，增加了流體的擾動，因而換熱強。二. 計算題分析解答1. 解：定性溫度：，以此為定性溫度查40空氣的物性參數(shù)：，求雷諾數(shù)：屬層流。故可求解：局部Nu數(shù)：，解得：，單位寬度的換熱量：。2. 解：利用相似原理：該問題屬于空氣強迫對流換熱問題，因而，利用，求解出速度。3. 解：定性溫度：，以此為定性溫度查80空氣的物性參數(shù)：計算雷諾數(shù)： 屬湍流流動。根據(jù)空氣外掠平板湍流強迫換熱特征數(shù)關(guān)系式：，求出：，則平板單位面積的平均換熱量為：。4. 解：該問題為管內(nèi)流動，定性溫度為：，查水的物性參數(shù)：計算雷諾數(shù)： 屬湍流流動，根據(jù)管內(nèi)湍流強迫換熱特征數(shù)關(guān)系式：，求出：，依據(jù)能量守恒：，從而求出管子長度：。5. 解：流動為外掠平板強制對流換熱，計算雷諾數(shù)：，為層流流動，空氣定性溫度：，查空氣物性參數(shù)：，則：，傳熱量：，（2）若流速增加一倍，雷諾數(shù)，屬湍流流動，特征數(shù)關(guān)系式：，傳熱量：。6. 解：本題為自然對流換熱問題，定性溫度：，計算Gr數(shù)：，查表，特征數(shù)關(guān)系式為：，求：，比例：7.75/40=19.37%。