傳熱學典型習題詳解(共63頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上傳熱學典型習題詳解緒論部分 一、基本概念主要包括導熱、對流換熱、輻射換熱的特點及熱傳遞方式辨析。1、冬天，經(jīng)過在白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到很暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯。試解釋原因。答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙里進人更多的空氣。而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導熱，由于空氣的導熱系數(shù)較小(20，1.01325×105Pa時，空氣導熱系數(shù)為0.0259W/(m·K)，具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進入，因而效果更明顯。2、夏季在維持20的室內(nèi)工作，穿單衣感到舒適，而冬季在保持22的室內(nèi)工作

2、時，卻必須穿絨衣才覺得舒服。試從傳熱的觀點分析原因。答：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度的不同。夏季室外溫度比室內(nèi)氣溫高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是出室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡管冬季室內(nèi)溫度(22)比夏季略高(20)，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。根據(jù)上題人體對冷感的感受主要是散熱量的原理，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣。3、試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過程，各環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？以暖氣片管內(nèi)走熱水為例。答：有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及熱傳遞方式(1)由熱水到暖氣片管到內(nèi)

3、壁，熱傳遞方式是對流換熱(強制對流)；(2)由暖氣片管道內(nèi)壁至外壁，熱傳遞方式為導熱；(3)由暖氣片外壁至室內(nèi)環(huán)境和空氣，熱傳遞方式有輻射換熱和對流換熱。4、冬季晴朗的夜晚，測得室外空氣溫度t高于0，有人卻發(fā)現(xiàn)地面上結(jié)有層簿冰，試解釋原因(若不考慮水表面的蒸發(fā))。 解：如圖所示。假定地面溫度為了Te，太空溫度為Tsky，設過程已達穩(wěn)態(tài)，空氣與地面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，地球表面近似看成溫度為Tc的黑體，太空可看成溫度為Tsky的黑體。則由熱平衡：，由于Ta0，而Tsky0，因此，地球表面溫度Te有可能低于0，即有可能結(jié)冰。二、定量計算本節(jié)的定量計算主要是利用熱量傳遞的三種基本方式所對應的定律，即導

4、熱的傅里葉定律，對流換熱的牛頓冷卻公式，熱輻射的斯蒂藩玻耳茲曼定律進行簡單的計算。另外，傳熱過程、熱阻綜合分析法及能量守恒定律也是較重要的內(nèi)容。1、一雙層玻璃窗，寬1.1m，高1.2m，厚3mm，導熱系數(shù)為1.05W/(m·K)；中間空氣層厚5MM，設空氣隙僅起導熱作用，導熱系數(shù)為0.026W/(m·K)。室內(nèi)空氣溫度為25。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20W/(m2·K)；室外空氣溫度為-10，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15 W/(m2·K)。試計算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下室內(nèi)、外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。解：(1)雙層玻璃窗情形，由傳熱

5、過程計算式：(2)單層玻璃窗情形：顯然，單層玻璃竊的散熱量是雙層玻璃窗的2.6倍。因此，北方的冬天常常采用雙層玻璃窗使室內(nèi)保溫。2、一外徑為0.3m，壁厚為5mm的圓管，長為5m，外表面平均溫度為80。200的空氣在管外橫向掠過，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為80W/(m2·K)。入口溫度為20的水以0.1m/s的平均速度在管內(nèi)流動。如果過程處于穩(wěn)態(tài)，試確定水的出口溫度。水的比定壓熱容為4184J/(kg·K)，密度為980kg/m3。解：(1)管外空氣與管子之間的對流換熱量：(2)由于過程處于穩(wěn)態(tài)，管外空氣所加的熱量由管內(nèi)水帶走，因此，其中Ac為管內(nèi)流通截面積。故出口溫度為：3、白天，地

6、球表面接受來自太陽的輻射熱流密度為669W/m2。設地表空氣與地面向的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為30 W/(m2·K)，空氣溫度為20。設地球可以看成黑體表面，且地球?qū)μ盏妮椛淇煽闯墒菍?K黑體空間的輻射。試確定地球表面的平衡溫度。解：由熱平衡關系，地球接受來自太陽的輻射熱量以兩種方式散掉，即與空氣的對流換熱及與太空的輻射換熱，設過程為穩(wěn)態(tài)，有：。將 代入上式，得 導熱理論基礎及穩(wěn)態(tài)導熱部分一、基本概念本節(jié)的基本概念主要包括對傅里葉定律的理解，導熱系數(shù)的主要特點與性質(zhì)，建立物理問題所對應的數(shù)學描寫及相應的求解方法，邊界條件的處理，利用幾種典型幾何形狀物理問題解的特點繪制溫度場的分布曲線，利用熱

7、阻分析方法分析實際的物理問題，能處理變導熱系數(shù)的影響，以及利用肋片導熱的特點分析問題的實質(zhì)。1、一維無內(nèi)熱源、平壁穩(wěn)態(tài)導熱的溫度場如圖所示。試說明它的導熱系數(shù)是隨溫度增加而增加，還是隨溫度增加而減小? 答:由傅立葉里葉定律，圖中隨x增加而減小，因而隨2增加x而增加，而溫度t隨x增加而降低，所以導熱系數(shù)隨溫度增加而減小。2、如圖所示的雙層平壁中，導熱系數(shù)1，2為定值，假定過程為穩(wěn)態(tài)，試分析圖中三條溫度分布曲線所對應的1和2的相對大小。答：由于過程是穩(wěn)態(tài)的，因此在三種情況下，熱流量分別為常數(shù)，即：所以對情形：；同理，對情形：；對情形：。3、在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實心磚還是多孔的空心磚好?為

8、什么?答：在其他條件相同時，實心磚材料如紅磚的導熱系數(shù)約為05W/(m·K)(35)，而多孔空心磚中充滿著不動的空氣，空氣在純導熱(即忽略自然對流)時，其導熱系數(shù)很低，是很好的絕熱材料。因而用多孔空心磚好。4、兩種幾何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的對流環(huán)境(即表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和流體溫皮均相同)下，沿肋高方向溫度分布曲線如圖所示。請判斷兩種材料導熱系數(shù)的大小和肋效率的高低? 答：對一維肋片，導熱系數(shù)越高時，沿肋高方向熱阻越小，因而沿肋高方向的溫度變化(降落或上升)越小。因此曲線1對應的是導熱系數(shù)大的材料曲線2對應導熱系數(shù)小的材料。而且，由肋效率的定義知，曲線1的肋效率高于曲線2。5

9、、用套管溫度計測量容器內(nèi)的流體溫度，為了減小測溫誤差，套管材料選用銅還是不銹鋼?答：由于套管溫度計的套管可以視為一維等截面直助，要減小測溫誤差(即使套管頂部溫度tH盡量接近流體溫度tf)，應盡量減小沿套管長度流向容器壁面的熱量，即增大該方向的熱阻。所以，從套管樹料上說應采用導熱系數(shù)更小的不銹鋼。6、工程中應用多孔性材料作保溫隔熱,使用時應注意什么問題?為什么?答：應注意防潮。保溫材料的一個共同特點是它們經(jīng)常呈多孔狀，或者具有纖維結(jié)構(gòu)，其中的熱量傳遞是導熱、對流換熱、熱輻射三種傳熱機理聯(lián)合作用的綜合過程。如果保溫材料受潮，水分將替代孔隙中的空氣，這樣不僅水分的導熱系數(shù)高于空氣，而且對流換熱強度大

10、幅度增加，這樣材料保溫性能會急劇下降。7、為變量的一維導熱問題。某一無限大平壁厚度為，內(nèi)、外表面溫度分別為w1、W2，導熱系數(shù)為=0(1+bt) W/mK，試確定平壁內(nèi)的溫度分布和熱流通量。設平壁內(nèi)無內(nèi)熱源。，溫度分布：熱流通量：同學們可以根據(jù)的特點，按照題2的方法分析b>0和b<0對應圖中哪一條曲線。二、定量計算本節(jié)定量計算主要題型包括以下幾類：(1)建立物理問題所對應的數(shù)學描寫(控制方程及定解條件)及傅里葉定律；(2)平壁、圓管壁、球殼的一維穩(wěn)態(tài)導熱計算；(3)含內(nèi)熱源、變截面、變導熱系數(shù)的一維穩(wěn)態(tài)導熱問題分析求解(4)一維穩(wěn)態(tài)等截面助及不等截面肋的分析計算；1、一直徑為d。，

11、單位體積內(nèi)熱源的生成熱的實心長圓柱體，向溫度為t的流體散熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h。試列出圓柱體中穩(wěn)態(tài)溫度場的微分方程式及定解條件。解： 2、金屬實心長棒通電加熱,單位長度的熱功率等于l(單位是W/m)，材料的導熱系數(shù)，表面發(fā)射率、周圍氣體溫度為tf，輻射環(huán)境溫度為Tsur，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h均已知，棒的初始溫度為t0。試給出此導熱問題的數(shù)學描述。解：此導熱問題的數(shù)學描述3、外直徑為50mm的蒸汽管道外表面溫度為400，其外包裹有厚度為40mm，導熱系數(shù)為0.11W/(m·K)的礦渣棉，礦渣棉外又包有厚為45mm的煤灰泡沫磚，其導熱系數(shù)與磚層平均溫度tm的關系如下：=0.099+0.0002t

12、m。煤灰泡沫磚外表面溫度為50。已知煤灰泡沫磚最高耐溫為300。試檢查煤灰泡沫磚層的溫度有無超出最高溫度?并求通過每米長該保溫層的熱損失。解：本題的關鍵在于確定礦渣棉與煤灰泡沫磚交界處的溫度，而由題意，煤灰泡沫磚的導熱系數(shù)又取決于該未知的界面溫度，因而計算過程具有迭代(試湊)性質(zhì)。先假定界面溫度為tw，如圖所示。則由題意：，而，迭代(試湊)求解上式，得：。所以沒有超過該保溫層的最高溫度。通過每米長保溫層的熱損失：4、如圖所示的長為30cm，直徑為12.5mm的銅桿，導熱系數(shù)為386 W/(m·K)，兩端分別緊固地連接在溫度為200的墻壁上。溫度為38的空氣橫向掠過銅桿，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為

13、17W/(m2·K)。求桿散失給空氣的熱量是多少? 解：這是長為15cm的等截面直肋（且一端為絕熱邊界條件）的一維導熱問題。由于物理問題對稱，可取桿長的一半作研究對象。此桿的散熱量為實際散熱量的一半。，故整個桿的散熱量為：5、一厚度為2的無限大平壁，導熱系數(shù)為常量，壁內(nèi)具有均勻的內(nèi)熱源(單位為W/m3)，邊界條件為x0，t=tw1；x=2，t=tw2；tw1tw2。試求平壁內(nèi)的穩(wěn)態(tài)溫度分布t(x)及最高溫度的位置xtmax，并畫出溫度分布的示意圖。解建立數(shù)學描述如下：，據(jù)可得最高溫度的位置xtmax，即。溫度分布的示意圖見圖。非穩(wěn)態(tài)導熱 一、基本概念本節(jié)基本概念主要包括：對物理問題進

14、行分析，得出其數(shù)學描寫(控制方程和定解條件)；定性畫出物體內(nèi)的溫度分布；集總參數(shù)法的定性分析；時間常數(shù)概念的運用；一維非穩(wěn)態(tài)導熱分析解的討論；對海斯勒圖(諾謨圖)的理解；乘積解在多維非穩(wěn)態(tài)導熱中的應用；半無限大物體的基本概念。1、由導熱微分方程可知，非穩(wěn)態(tài)導熱只與熱擴散率有關，而與導熱系數(shù)無關。你認為對嗎?答：由于描述一個導熱問題的完整數(shù)學描寫不僅包括控制方程，還包括定解條件。所以雖然非穩(wěn)態(tài)導熱的控制方程只與熱擴散率有關，但邊界條件中卻有可能包括導熱系數(shù)(如第二或第三類邊界條件)。因此上述觀點不對。2、無內(nèi)熱源，常物性二維導熱物體在某一瞬時的溫度分布為t2y2cosx。試說明該導熱物體在x0，

15、y=1處的溫度是隨時間增加逐漸升高，還是逐漸降低。答：由導熱控制方程，得：當時，故該點溫度隨時間增加而升高。3、兩塊厚度為30mm的無限大平板，初始溫度為20，分別用銅和鋼制成。平板兩側(cè)表面的溫度突然上升到60，試計算使兩板中心溫度均上升到56時兩板所需時間之比。銅和鋼的熱擴散率分別為103×10-6m2s，12.9×10-6m2/s。答：一維非穩(wěn)態(tài)無限大平板內(nèi)的溫度分布有如下函數(shù)形式：兩塊不同材料的無限大平板，均處于第一類邊界條件(即Bi)。由題意，兩種材料達到同樣工況時，Bi數(shù)和相同，要使溫度分布相同，則只需Fo數(shù)相等，因此：，即，而在兩種情況下相等，因此：4、東北地區(qū)

16、春季,公路路面常出現(xiàn)“彈簧”,冒泥漿等“翻漿”病害。試簡要解釋其原因。為什么南方地區(qū)不出現(xiàn)此病害?東北地區(qū)的秋冬季節(jié)也不出現(xiàn) “翻漿”?答：此現(xiàn)象可以由半無限大物體（地面及地下）周期性非穩(wěn)態(tài)導熱現(xiàn)象的溫度波衰減及溫度波時間延遲特征來解釋。公路路面“彈簧”及“翻漿”病害產(chǎn)生的條件是：地面以下結(jié)冰，而地表面已解凍（表面水無法滲如地下）。東北地區(qū)春季地表面溫度已高于0，但由于溫度波的時間延遲，地下仍低于0，從而產(chǎn)生了公路路面“彈簧”及“翻漿”等病害。東北地區(qū)的秋冬季節(jié)，雖然地表面溫度已低于0，但由于溫度波的時間延遲，地下仍高于0，從而不會產(chǎn)生“翻漿”。南方地區(qū)不出現(xiàn)此病害的原因是，由于溫度波衰減的特

17、征，使得地下部分不會低于0，當然不會出現(xiàn)此病害。 二、定量計算主要包括：列出具體物理問題的數(shù)學描寫并求解；集總參數(shù)法的應用；一維非穩(wěn)態(tài)導熱問題的分析解(無限大平板，無限長圓柱，球)，這是非穩(wěn)態(tài)導熱的典型題，可包括己知物體內(nèi)部溫度達某一限定值求所需的時間，或求某一時刻物體內(nèi)的溫度分布，也可確定其他參數(shù)(如表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h、材料的導熱系數(shù)、熱擴散率a和物體的特征長度等)；多維非穩(wěn)態(tài)導熱問題乘積解；半無限大物體的分析計算。重點是集總參數(shù)法和一維非穩(wěn)態(tài)導熱問題分析解的應用。1、一塊無限太平板，單側(cè)表面積為A，初溫為t0，一側(cè)表面受溫度為t，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h的氣流冷卻，另一側(cè)受到恒定熱流密度qw的加熱，內(nèi)

18、部熱阻可以忽略，試列出物體內(nèi)部的溫度隨時間變化的微分方程式并求解之。設其他幾何參數(shù)及物性參數(shù)已知。解：由題意，物體內(nèi)部熱阻可以忽略，溫度僅為時間的函數(shù)，一側(cè)的對流換熱和另側(cè)恒熱流加熱作為內(nèi)熱源處理，根據(jù)熱平衡方程可得：控制方程為：；初始條件：引入過于溫度，則為，上述控制方程的通解為：，由初始條件有：故溫度分布：2、熱處理工藝中，常用銀球來測定淬火介質(zhì)的冷卻能力。今有兩個直徑均為20mm的銀球，加熱到650后分別置于20的靜止水和20的循環(huán)水容器中。當兩個銀球中心溫度均由650變化到450時，用熱電偶分別測得兩種情況下的降溫速率分別為180s及360s。在上述溫度范圍內(nèi)銀的物性參數(shù)10 500

19、kgm3，c262×102J(kg·K)，360w(m·K)。試求兩種情況下銀球與水之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：本題表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)未知，即Bi數(shù)為未知參數(shù)，所以無法判斷是否滿足集總參數(shù)法條件。為此先假定滿足集總參數(shù)法條件，然后驗算。(1)對靜止水情形，由且，故：驗算Bi數(shù)：滿足集總參數(shù)條件。(2)對循環(huán)水情形，同理，驗算，不滿足集總參數(shù)法條件。改用諾謨圖。此時，。查圖得，故：3、在太陽能集熱器中采用直徑為100mm的鵝卵石作為貯存熱量的媒介，其初始溫度為20。從太陽能集熱器中引來70的熱空氣通過鵝卵石，空氣與卵石之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為10 w(m2·K)。試問3

20、h后鵝卵石的中心溫度為多少?每千克鵝卵石的貯熱量是多少？已知鵝卵石的導熱系數(shù)22w(m·K)，熱擴散率a11.3X10-7m2s，比熱容c780J(kg·K)，密度2500kgm3。解：本題是直徑為100mm的球形物體的非穩(wěn)態(tài)導熱問題，先判斷Bi數(shù)，不滿足集總參數(shù)法，需用諾漠圖求解。，由圖得，即：由，查圖得：對每一塊鵝卵石：每千克鵝卵石含石頭的個數(shù)則每千克鵝卵石的貯熱量為J4、初始溫度為300，直徑為12cm，高為12cm的短鋼柱體，被置于溫度為30的大油槽中，其全部表面均可受到油的冷卻，冷卻過程中鋼柱體與油的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為300w(m2·K)。鋼柱體的導熱系數(shù)4

21、8W(m·K)，熱擴散率a=1×10-5 m2/s。試確定5min后鋼柱體中的最大溫差。解：本題屬二維非穩(wěn)態(tài)導熱問題，可采用相應的無限長圓柱體和無限大平板的乘積解求解。顯然，圓柱體內(nèi)最高溫度位于柱體中心，最低溫度位于柱體的上、下邊角處。對無限長圓柱：，查教材附錄2圖l，得：，由附錄2圖2，得：，其中表示表面過于溫度。所以：對無限大平板：由教材圖36得：，由教材圖37得：所以所以短圓柱中的最低溫度：即：短圓柱中最高溫度：故5min后鋼柱體中最大溫差：注：本題也可按擬合公式進行計算，讀者可作為練習。5、初溫為25的熱電偶被置于溫度為250的氣流中。設熱電偶熱接點可近似看成球形，

22、要使其時間常數(shù)l s問熱接點的直徑應為多大?忽略熱電偶引線的影響，且熱接點與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為300W(m2·K)，熱接點材料的物性：=20W(m·K)8500kgm3，c400J（kg·K)。如果氣流與熱接點間存在著輻射換熱，且保持熱電偶時間常數(shù)不變，則對所需熱接點直徑之值有何影響?解出于熱電銅的直徑很小，一船滿足集總參數(shù)法條件，時間常數(shù)為，故：m故熱電偶直徑：mm驗證Bi數(shù)是否滿足集總參數(shù)法故滿足集總參數(shù)法條件。若熱接點與氣流間存在輻射換熱，則總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h(包括對流和輻射)增加，由知，保持不變時，可使V/A增加，即熱接點直徑增加。對流換熱概述 一、基本

23、概念主要包括對流換熱影響因素；邊界層理論及分析；理論分析法（對流換熱微分方程組、邊界層微分方程組）；動量與熱量的類比；相似理論；外掠平板強制對流換熱基本特點。1、由對流換熱微分方程知，該式中沒有出現(xiàn)流速，有人因此得出結(jié)論：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h與流體速度場無關。試判斷這種說法的正確性?答：這種說法不正確，因為在描述流動的能量微分方程中，對流項含有流體速度，即要獲得流體的溫度場，必須先獲得其速度場，“流動與換熱密不可分”。因此表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)必與流體速度場有關。2、在流體溫度邊界層中，何處溫度梯度的絕對值最大?為什么?有人說對一定表面?zhèn)鳠釡夭畹耐N流體，可以用貼壁處溫度梯度絕對值的大小來判斷表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的

24、大小，你認為對嗎?答：在溫度邊界層中，貼壁處流體溫度梯度的絕對值最大，因為壁面與流體間的熱量交換都要通過貼壁處不動的薄流體層，因而這里換熱最劇烈。由對流換熱微分方程，對一定表面?zhèn)鳠釡夭畹耐N流體與t均保持為常數(shù)，因而可用絕對值的大小來判斷表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的大小。3、簡述邊界層理論的基本論點。答：邊界層厚度、t與壁的尺寸l相比是極小值；邊界層內(nèi)壁面速度梯度及溫度梯度最大；邊界層流動狀態(tài)分為層流與紊流,而紊流邊界層內(nèi),緊貼壁面處仍將是層流,稱為層流底層；流場可以劃分為兩個區(qū)：邊界層區(qū)（粘滯力起作用）和主流區(qū)，溫度同樣場可以劃分為兩個區(qū)：邊界層區(qū)（存在溫差）和主流區(qū)（等溫區(qū)域）；對流換熱熱阻主要集中在

25、熱邊界層區(qū)域的導熱熱阻。層流邊界層的熱阻為整個邊界層的導熱熱阻。紊流邊界層的熱阻為層流底層的導熱熱阻。4、試引用邊界層概念來分析并說明流體的導熱系數(shù)、粘度對對流換熱過程的影響。答：依據(jù)對流換熱熱阻主要集中在熱邊界層區(qū)域的導熱熱阻。層流邊界層的熱阻為整個邊界層的導熱熱阻。紊流邊界層的熱阻為層流底層的導熱熱阻。導熱系數(shù)越大，將使邊界層導熱熱阻越小，對流換熱強度越大；粘度越大，邊界層（層流邊界層或紊流邊界層的層流底層）厚度越大，將使邊界層導熱熱阻越大，對流換熱強度越小。5、確定對流換熱系數(shù)h有哪些方法?試簡述之。答：求解對流換熱系數(shù)的途徑有以下四種:(1)建立微分方程組并分析求解_應用邊界層理論,采

26、用數(shù)量級分析方法簡化方程組,從而求得精確解,得到了Re,Pr及Nu等準則及其準則關系,表達了對流換熱規(guī)律的基本形式。(2)建立積分方程組并分析求解_先假定邊界層內(nèi)的速度分布和溫度分布然后解邊界層的動量和能量積分方程式求得流動、熱邊界層厚度,從而求得對流換熱系數(shù)及其準則方程式。以上兩法目前使用于層流問題。(3)根據(jù)熱量傳遞和動量傳遞可以類比，建立類比律，借助于流動摩擦阻力的實驗數(shù)據(jù)，求得對流換熱系數(shù)。此法較多用于紊流問題。(4)由相似理論指導實驗，確定換熱準則方程式的具體形式，提供工程上常用準則方程式，求解準則關聯(lián)式得到對流換熱系數(shù)。6、為什么熱量傳遞和動量傳遞過程具有類比性?答：如果用形式相同

27、的無量綱方程和邊界條件能夠描述兩種不同性質(zhì)的物理現(xiàn)象，就稱這兩種現(xiàn)象是可類比的，或者可比擬的。把它們的有關變量定量地聯(lián)系起來的關系式就是類比律?？梢宰C明，沿平壁湍流時的動量和能量微分方程就能夠表示成如下形式：其中： 7、有若干個同類物理現(xiàn)象,怎樣才能說明其單值性條件相似。試設想用什么方法對以實現(xiàn)物體表面溫度恒定、表面熱流量恒定的邊界條件?答：所謂單值條件是指包含在準則中的各已知物理量，即影響過程特點的那些條件時間條件、物理條件、邊界條件。所謂單值性條件相似,首先是時間條件相似(穩(wěn)態(tài)過程不存在此條件)。然后,幾何條件、邊界條件及物理條件要分別成比例。采用飽和蒸汽（或飽和液體）加熱（或冷卻）可實現(xiàn)

28、物體表面溫度恒定的邊界條件，而采用電加熱可實現(xiàn)表面熱流量恒定的邊界條件。8、管內(nèi)紊流受迫對流換熱時，Nu數(shù)與Re數(shù)和Pr數(shù)有關。試以電加熱方式加熱管內(nèi)水的受迫對流為例，說明如何應用相似理論設計實驗，并簡略繪制出其實驗系統(tǒng)圖。答：模型的選取依據(jù)判斷相似的條件，首先應保證是同類現(xiàn)象，包括單值性條件相似；其次是保證同名已定準則數(shù)相等。選取無限長圓管；圓管外套設有電加熱器。屬于管內(nèi)水的純受迫流動。需要測量的物理量準則數(shù)方程式形式為。由Re、Nu、=IU、牛頓冷卻公式，以及，可確定需要測量的物理量有：qv，d，L，I，U。所有流體物性由定性溫度查取水的物性而得。實驗數(shù)據(jù)的整理方法根據(jù)相似準則數(shù)之間存在由

29、微分方程式?jīng)Q定的函數(shù)關系，對流傳熱準則數(shù)方程式形式應為，實驗數(shù)據(jù)整理的任務就是確定和的數(shù)值。為此必須有多組的實驗數(shù)據(jù)。由多組的實驗數(shù)據(jù)，得：（Re、Pr）iNui將轉(zhuǎn)化為直線方程：；由（Re、Pr）iNui得ii，確定系數(shù)n和C。確定系數(shù)n和C的方法有圖解法（右圖）和最小二乘法。圖中的直線斜率即準則關聯(lián)式的n，截距即式中的lgC，即,。注意：為保證結(jié)果的準確性，直線應盡量使各點處在該線上，或均勻分布在其兩側(cè)。 實驗結(jié)果的應用根據(jù)相似的性質(zhì)，所得的換熱準則數(shù)式可以應用到無數(shù)的與模型物理相似的現(xiàn)象群，而不僅僅是實物的物理現(xiàn)象。之所以說是現(xiàn)象群，是因為每一個Re均對應著一個相似現(xiàn)象群。簡單的實驗系統(tǒng)

30、如圖所示。 9、繪圖說明氣體掠過平板時的流動邊界層和熱邊界層的形成和發(fā)展。答：當溫度為tf的流體以u速度流入平板前緣時，邊界層的厚度=t=0，沿著X方向，隨著X的增加，由于壁面粘滯力影響逐漸向流體內(nèi)部傳遞，邊界層厚度逐漸增加，在達到Xc距離(臨界長度Xc由Rec來確定)之前，邊界層中流體的流動為層流，稱為層流邊界層，在層流邊界層截面上的流速分布，溫度分布近似一條拋物線，如圖所示。在Xc之后，隨著邊界層厚度的增加，邊界層流動轉(zhuǎn)為紊流稱為紊流邊界層，即使在紊流邊界層中，緊貼著壁面的薄層流體，由于粘滯力大，流動仍維持層流狀態(tài)，此極薄層為層流底層t，在紊流邊界層截面上的速度分布和溫度分布在層流底層部分

31、較陡斜，近于直線，而底層以外區(qū)域變化趨于平緩。二、定量計算主要包括：類比率的應用；相似原理的應用；外掠平板的強制對流換熱。1、空氣以40m/s的速度流過長寬均為0.2m的薄板，tf=20，tw=120，實測空氣掠過此板上下兩表面時的摩擦力為0.075N，試計算此板與空氣間的換熱量(設此板仍作為無限寬的平板處理，不計寬度z方向的變化)。解應用柯爾朋類比律其中、cp用定性溫度查教材附錄2（P309）“干空氣的熱物理性質(zhì)”確定。，帶入上式,得，換熱量：，2、在相似理論指導下進行實驗，研究空氣在長圓管內(nèi)穩(wěn)態(tài)受迫對流換熱的規(guī)律，請問：(1)本項實驗將涉及哪幾個相似準則?實驗中應直接測量哪些參數(shù)才能得到所

32、涉及的準則數(shù)據(jù)?(3)現(xiàn)通過實驗并經(jīng)初步計算得到的數(shù)據(jù)如下表所示，試計算各試驗點Re數(shù)及Nu數(shù)?(4)實驗點1、2、3、4的現(xiàn)象是否相似？(5)將實驗點標繪在lgNu及l(fā)gRe圖上。(6)可用什么形式的準則方程式整理這些數(shù)據(jù)?并確定準則方程式中的系數(shù)。(7)現(xiàn)有另一根長圓管，d80mm，管內(nèi)空氣速度28.9m/s，tw150；tf=50，試確定管內(nèi)換熱現(xiàn)象與上述表中哪個現(xiàn)象是相似的?并用上表實驗結(jié)果確定此管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。(8)又一未知流體的換熱現(xiàn)象，已知其熱擴散率a=302×10-6m2/s，=0.0305W/(mK)；21.09×10-6m2/s；d65mm，管內(nèi)流速

33、23m/s，它是否與上表中的實驗現(xiàn)象相似?是否可以用上表實驗結(jié)果計算它的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)?為什么?如果能用，請計算其Nu數(shù)和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)?解：定性溫度為為tf由于是空氣在長管內(nèi)穩(wěn)態(tài)受迫對流換熱，所以涉及到的相似準則是Re和Nu。由Re=ud/、Nu=hd/、=IU及=hA(w-f)知道需要測量的物理量有u、d、A=dL、f、f、I、U。計算結(jié)果見下表：(1-4：tf=10；5：tf=50，定性溫度為tf)現(xiàn)象序號twW/mm2/sdmum/shW/m2ReNulgRelgNu1302.51×10-214.16×10-650×10-33.011510628.529.88

34、4.021.4825031.528248.662.744.451.8037057.560028.2114.54.782.06490106.5211.25.102.3251502.83×10-217.95×10-680×10-328.9 .2 6 3.05×10-221.09×10-665×10-323 70886.7 由于，所以現(xiàn)象1-4不相似。圖略（參考教材P140圖5-26）準則方程式形式為根據(jù)現(xiàn)象1-4數(shù)據(jù)，利用最小二乘法（也可以用圖解法確定C和n），確定（）中的C和n如下：，所以準則方程式為，其中因現(xiàn)象5雷諾數(shù)（Re=.2）與

35、現(xiàn)象1-4雷諾數(shù)均不相等，所以現(xiàn)象5不與現(xiàn)象1-4均不相似；且由于其雷諾數(shù)已超出了現(xiàn)象1-4的實驗范圍，所以無法用上述實驗結(jié)果確定現(xiàn)象5的表面換熱系數(shù)。因現(xiàn)象6雷諾數(shù)（Re=70886.7）與現(xiàn)象1-4雷諾數(shù)均不相等，所以現(xiàn)象6不與現(xiàn)象1-4均不相似；但由于其雷諾數(shù)處于現(xiàn)象1-4的實驗范圍，所以可以用上述實驗結(jié)果確定現(xiàn)象6的表面換熱系數(shù)，方法如下：3、溫度為50，壓力為1.01325×105Pa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0.2m，寬度為0.1m。按平板長度計算的Re數(shù)為4×l04。試確定：(1)平板表面與空氣間的表

36、面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱量；(2)如果空氣流速增加一倍，壓力增加到10.1325×105Pa，平板表面與空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱量。解：本題為空氣外掠平板強制對流換熱問題。(1)由于Re4×1045×105，屬層流狀態(tài)。故：空氣定性溫度：空氣的物性參數(shù)為，Pr=0.70故：W/（m2.K）散熱量W(2)若流速增加一倍，壓力，則，而：，故：所以：，屬湍流。據(jù)教材式(542b)=961W/（m2·K）散熱量：W三、本章提要以下摘自趙鎮(zhèn)南著，高等教育出版社，出版日期：2002年7月第1版?zhèn)鳠釋W1、對流換熱是一種非常復雜的物理現(xiàn)象。它的熱流速率方程即牛頓冷卻公式。對流換

37、熱問題的求解歸根結(jié)底圍繞著如何得到各種不同情況下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，它有局部值和平均值之分。影響單相流體對流換熱強弱的主要因素有流體的流動狀態(tài)、發(fā)生流動的原因、流體的各項有關物性以及表面的幾何形狀等。2、邊界層理論在研究對流換熱現(xiàn)象時扮演了極重要的角色。邊界層概念歸根結(jié)底就是從數(shù)量級的觀點出發(fā)，忽略主流中速度和過余溫度1的差異。速度邊界層和溫度邊界層的基本觀點可以概括地總結(jié)為以下的基本內(nèi)容(針對沿平壁的外部流動)：(1)速度從零變化到幾乎等于主論速度主要發(fā)生在緊貼壁面的薄層內(nèi)：壁面上具有速度梯度的最大值；在壁面法線方向上，討以把流場劃分成邊界層區(qū)和主流區(qū)，主流可視為等速、無粘性的理想流體；壁面法線

38、方向上不存在壓力梯度；在沿壁曲方向上流體依次為層流、過渡流和湍流狀態(tài)。 (2)溫度的變化與速度相似(但必須以過余溫度，而不是來流溫度作為衡量的基準)，過余溫度99的變化發(fā)生在薄薄的熱邊界層內(nèi)；壁面上具有最大的過余溫度梯度(該值即代表Nu數(shù))；在壁面的法線方向上將流場分為熱邊界層區(qū)和等溫的主流區(qū)，流體與壁面之間的熱量傳遞僅發(fā)生在熱邊界層區(qū)里。3、二維、低速、常物性、無體積力、無內(nèi)熱源的邊界層對流換熱微分方程組是： 它們是通過對流場中的任意流體微元分別作質(zhì)量、動量和能量平衡，并針對高雷諾數(shù)按照普朗特的邊界層理論進行簡化以后得出來的。而對流換熱過程微分方程則揭示了流體與壁面之間對流換熱的物理本質(zhì)。4

39、、邊界層對流換熱問題的主要求解方法有分析解、實驗解、類比方法以及數(shù)值解法。分析解：包括精確解(也叫相似解)和積分方程近似解。雖只能在若干假設條件下求得一些簡單問題的解，但是作為經(jīng)典方法，它對正確認識對流換熱的基本規(guī)律仍起著重要的作用。實驗解：實驗方法始終是解決工程對流換熱問題不可缺少的基本手段。它也是分析解或數(shù)值解唯一可靠的檢驗手段，對求不出理論解的問題，更要靠它來獲得所需要的基本規(guī)律和數(shù)據(jù)。實驗解方法應當在相似理論的指導下進行才能得到正確有效的結(jié)果。類比方法：建立在流體動量與熱量傳遞規(guī)律的相似性上，無論層流還是湍流，只要流動阻力來自流體的分子粘性和湍流“粘性”，均可以運用類比關系通過摩擦系數(shù)

40、直接得到對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。對于外部流動和內(nèi)部流動，最主要的兩個類比率關系式是；適用條件：；適用條件：數(shù)值解：通過對邊界層微分方程組進行離散化處理求得各節(jié)點上流體的速度、溫度和壓力參數(shù)的數(shù)值求解方法。由于動量方程中存在非線性的對流項及壓力梯度項，使對流換熱的數(shù)值處理比導熱復雜很多。5、相似理論與相似準則數(shù)相似原理是指導用實驗方法研究包括對流換熱在內(nèi)的很多工程技術(shù)問題的方法理論。它的主要內(nèi)容可以概括為相似三定理，它們分別回答了實驗研究中遇到的四個主要問題：(1)彼此相似的現(xiàn)象，其對應點的同名相似準則數(shù)相等。實驗中模型應該如何選取，應該測量哪些量？模型應保證與實物物理現(xiàn)象相似，應測量相似準則數(shù)

41、中所包含的各個物理量，其中的物性由定性溫度確定。(2)描述物理過程的微分方程積分結(jié)果可以用相似準則數(shù)之間的函數(shù)關系來表示。實驗結(jié)果應該怎么表示?應該用準則數(shù)關聯(lián)式的形式來表示。(3)凡同類現(xiàn)象，若同名已定準則數(shù)相等且單值性條件相似，那么這兩個現(xiàn)象必定相似。實驗結(jié)果可以應用到哪些范圍?實驗結(jié)果可用于所有與實驗狀態(tài)保持相似的同類對流換熱問題中。下表匯總列出了本教材以及傳熱文獻中最經(jīng)常遇到的所有相似準則數(shù)，它們的定義和物理解釋，供讀者在學習和工作中參考。 相似準則數(shù)的定義與物理解釋(按準則數(shù)名稱的字母排序)6、掠過平板的強迫對流換熱應注意區(qū)分層流和湍流兩種流態(tài)(一般忽略過渡流段)，恒壁溫與恒熱流兩種

42、典型的邊界條件，以及局部Nu數(shù)和平均Nu數(shù)。具有末加熱起始段的換熱對某些工程問題有重要的應用價值。單相流體對流換熱及準則關聯(lián)式部分 一、基本概念主要包括管內(nèi)強制對流換熱基本特點；外部流動強制對流換熱基本特點；自然對流換熱基本特點；對流換熱影響因素及其強化措施。1、對皆內(nèi)強制對流換熱，為何采用短管和彎管可以強化流體的換熱?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，因而換熱強的特點，即所謂的“入口效應”，從而強化換熱。而對于彎管，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，從而強化了換熱。2、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

43、傳熱系數(shù)大，為什么？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。3、在進行外掠圓柱體的層流強制對流換熱實驗研究時，為了測量平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要布置測量外壁溫度的熱電偶。試問熱電偶應布置在圓柱體周向方向何處?答：橫掠圓管局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)如圖。在0-1800內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的平均值hm與該曲線有兩個交點，其所對應的周向角分別為1，2。布置熱電偶時，應布置在1，2所對應的圓周上。由于對稱性，在圓柱的下半周還有兩個點以布置。4、在地球表面某實驗室內(nèi)設計的自然對流換熱實驗，到太空中是

44、否仍然有效，為什么？答：該實驗到太空中無法得到地面上的實驗結(jié)果。因為自然對流是由流體內(nèi)部的溫度差從而引起密度差并在重力的作用下引起的。在太空中實驗裝置格處于失重狀態(tài)，因而無法形成自然對流，所以無法得到頂期的實驗結(jié)果。5、管束的順排和叉排是如何影響換熱的?答：這是個相當復雜的問題,可簡答如下：叉排時,流體在管間交替收縮和擴張的彎曲通道中流動,而順排時則流道相對比較平直,并且當流速和縱向管間距s2較小時,易在管的尾部形成滯流區(qū).因此,一般地說,叉排時流體擾動較好,換熱比順排強.或：順排時，第一排管子正面受到來流的沖擊，故=0處換熱最為激烈，從第二排起所受到的沖擊變?nèi)?，管列間的流體受到管壁的干擾較小

45、，流動較為穩(wěn)定。叉排時每排管子受到的沖擊相差不大，但由于流體的流動方向不斷改變，混合情況比順流好，一般情況下，差排的平均換熱系數(shù)比順排時為大。6、空氣沿豎板加熱自由流動時,其邊界層內(nèi)的速度分布與空氣沿豎板受迫流動時有什么不同,為什么?答：在自由流動時,流體被壁面加熱,形成自由流動邊界層.層內(nèi)的速度分布與受迫流動時不相同.流體溫度在壁面上為最高,離開壁面后逐漸降到環(huán)境溫度,即熱邊界層的外緣,在此處流動也停止,因此速度邊界層和溫度邊界層的厚度相等,邊界層內(nèi)的速度分布為,在壁面上及邊界層的外緣均等于零.因此在層內(nèi)存在一個極大值(見圖1).受迫流動時,一般說速度邊界層和溫度邊界層的厚度不相等.邊界層內(nèi)

46、的速度分布為壁面處為零,.而外緣處為u(見圖2)。7、試討論在無限空間自由流動紊流換熱時對流換熱強度與傳熱面尺寸的關系,并說明此關系有何使用價值。答：當在無限空間自由流動紊流換熱時,換熱面無論是豎壁、豎管、水平管或熱面向上的水平板,它們的對流換熱準則方程式 Nu=C(Gr.Pr)n中的指數(shù)n都是1/3,因此方程等式兩邊的定型尺寸可以消去,表明自由流動紊流換熱時,換熱系數(shù)與傳熱面尺寸(定型尺寸)無關.利用這自動?；卣?在自由流動紊流換熱實驗研究中, 可以采用較小尺寸的物體進行試驗,只要求實驗現(xiàn)象的GrPr值處于紊流范圍。8、在對流溫度差大小相同的條件下,在夏季和冬季,屋頂天花板內(nèi)表面的對流放熱

47、系數(shù)是否相同?為什么?答：在夏季和冬季兩種情況下,雖然它們的對流溫差相同,但它們的內(nèi)表面的對流放熱系數(shù)卻不一定相等。原因:在夏季tftw,在冬季tftw,即在夏季,溫度較高的水平壁面在上,溫度較低的空氣在下,自然對流不易產(chǎn)生,因此放熱系數(shù)較低.反之,在冬季,溫度較低的水平壁面在上,而溫度較高的空氣在下,自然對流運動較強烈,因此,放熱系數(shù)較高。 二、定量計算主要包括：單管內(nèi)強制對流換熱；外掠單管及管束的強制對流換熱；大空間自然對流換熱；有限空間自然對流換熱及上述幾種傳熱方式的綜合應用等。1、一套管式換熱器，飽和蒸汽在內(nèi)管中凝結(jié)，使內(nèi)管外壁溫度保持在100，初溫為25，質(zhì)量流量為0.8kgs的水從

48、套管換熱器的環(huán)形空間中流過，換熱器外殼絕熱良好。環(huán)形夾層內(nèi)管外徑為40mm，外管內(nèi)徑為60mm，試確定把水加熱到55時所需的套管長度，及管子出口截面處的局部熱流密度。不考慮溫差修正。解：本題為水在環(huán)形通道內(nèi)強制對流換熱問題，要確定的是管子長度，因而可先假定管長滿足充分發(fā)展的要求然后再校核。由定性溫度，得水的物性參數(shù)W/(m.K)，Pa.sJ/(kg.K)，Pr=4.31當量直徑水被加熱假設換熱達充分發(fā)展， W/（m2·K）換熱量：W而所以：m因，故換熱已充分發(fā)展，不考慮管長修正。2、某鍋爐廠生產(chǎn)的220t/h鍋爐的低溫段管式空氣預熱器的設計參數(shù)為：順排布置，s1=76mm, s2=5

49、7mm, 管子外徑d0=38mm，壁厚=1.5mm；空氣橫向沖刷管束，在空氣平均溫度為133時管間最大流速u1,max=6.03m/s，空氣流動方向上的總管排數(shù)為44排。設管壁平均溫度tw=165，求管束與空氣間的對流換熱系數(shù)。如將管束改為叉排，其余條件不變，對流換熱系數(shù)增加多少？解：（1）計算Ref,max由定性溫度tf=133查附錄，得空氣的物性值為f=0.344W/(m·)f=27.0×10-6m2/s，Prf=0.684由tw=165查得Prw=0.682。于是 =8487（2）求順排時的對流換熱系數(shù)hf=0.27×84870.63×0.6840

50、.38××1×1解得對流換熱系數(shù)為hf=63.66W/(m2·)（3）求叉排時的對流換熱系數(shù)代入數(shù)據(jù)得=0.35×84870.60×0.6840.38××1×1解得叉排時的對流換熱系數(shù)為hf=66.64W/(m2·)3、水平放置的蒸汽管道，保溫層外徑do=583mm，壁溫tw=48，周圍空氣溫度t=23。試計算保溫層外壁的對流散熱量?解：定性溫度=35.5據(jù)此查得空氣的物性值為m=0.0272W/(m·)，vm=16.53X10-6m2/s，Prm=0.7判據(jù)（GrPr）m=4.03&

51、#215;108109流動屬于層流，查表得C=0.53、n=1/4。于是對流換熱系數(shù)為 =0.53×(4.03×108)1/4×=3.5W/(m2·)單位管長的對流散熱量為ql=hdo(tw-t)=3.5×3.14×0.583×(48-23)=160.2W/m4、溫度分別為100和40、面積均為0.5×0.5m2的兩豎壁，形成厚=15mm的豎直空氣夾層。試計算通過空氣夾層的自然對流換熱量?解：（1）空氣的物性值定性溫度 ，據(jù)此，查附錄得空氣的物性值為m=0.0296W/(m·)，m=1.029kg/m3，

52、m=20.60×10-6kg/(m·s)，m=2.915×10-3K-1，Prm=0.694，由此，運動粘度為m2/s(2)等效導熱系數(shù)e因（GrPr）m=1.003×1042×105，流動屬層流。努謝爾特準則為=0.197×(1.003×104)1/4×=1.335等效導熱系數(shù)e為e=Numm=1.335×0.0296=0.0395W/(m·)（3）自然對流換熱量=×(0.5×0.5)×(100-40)=39.5W5、用熱線風速儀測定氣流速度的試驗中將直徑為0.1

53、mm的電熱絲與來流方向垂直放置，來流溫度為25，電熱絲溫度為55，測得電加熱功率為20Wm。假定除對流外其他熱損失可忽略不計。試確定此時的來流速度。解本題為空氣外掠圓柱體強制對流換熱問題。由題意，20 W/m，由牛頓冷卻公式 W/（m2·K）定性溫度：空氣的物性值：，m2/s，由此得：假設Re數(shù)之值范圍在40-4000，有：，其中C=0.683，n=0.466即：，得Re=233.12符合上述假設范圍。故：m/s三、本章提要以下摘自趙鎮(zhèn)南著，高等教育出版社，出版日期：2002年7月第1版?zhèn)鳠釋W本章介紹了工程中最常見的幾類對流換熱問題的基本特征和換熱計算關系式與計算方法，它們是掌握對流

54、換熱工程設計的基礎。學習本章時，應注意掌握各種類型對流問題的流動特征，邊界層的特點，流態(tài)的判別，換熱機理及主要的影響因素，適用邊界條件，已準則的適用范圍，特征尺寸與定性溫度的選取方法。1管內(nèi)強迫對流換熱(1)流動狀況不同于外部流動的情形，無論層流或者湍流都存在流動入口段和充分發(fā)展段，兩者的長度差別很大。計算管內(nèi)流動和換熱時，速度必須取為截面平均速度。(2)換熱狀況管內(nèi)熱邊界層也同樣存在入口段和充分發(fā)展段，只有在流體的Pr數(shù)大致等于1的時候，兩個邊界層的入口段才重合。理解并準確把握兩種典型邊界條件(恒壁溫與恒熱流)下流體截面平均溫度的沿程變化規(guī)律，對管內(nèi)對流換熱計算有著特殊重要的意義。(3)特征

55、數(shù)方程式要注意區(qū)分不同關聯(lián)式所針對的邊界條件，因為層流對邊界條件的敏感程度明顯高于湍流時。還需要特別指出，絕大多數(shù)管內(nèi)對流換熱計算式5f對工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用類比率關系式效果可能更好。(4)非圓截面管道僅湍流可以用當量直徑的概念處理非圓截面管道的對流換熱問題。層流時即使用當量直徑的概念也無法將不同截面形狀管道換熱的計算式全部統(tǒng)一。2繞流圓柱體的強迫對流換熱流體繞圓柱體流動時，流動邊界層與掠過平板時有很大的不同出現(xiàn)脫體流動和沿程局部Nu數(shù)發(fā)生大幅度升降變化的根本原因。橫掠單根圓管的對流換熱計算式還被擴展到非圓管的情形。3繞流管束的強迫對流換熱這是工程中用得最多的流體換熱方式之。它

56、的流動和換熱的基本特征與單管時相同，但增加了排列方式、管間距以及排數(shù)三個新的影響因素。除了光管管束以外，在氣體外部繞流換熱的場合，各種型式的肋片管柬在工程領域里用得越來越普遍。肋片的型式極多，已經(jīng)公開發(fā)表的計算式不一定與實際使用的肋片管相同，選擇計算公式時應注意這個問題。4自然對流換熱因溫度差引起的自然對流邊界層和強迫流動明顯不一樣，它具有單峰形狀，這種速度分布是在密度差和流體粘性的共同作用下形成的。自然對流換熱時速度場和溫度場相互鍋合，因此求解比強迫流動更困難些。自然對流換熱計算中出現(xiàn)了一個新的已定特征數(shù)Gr數(shù)。它是決定自然對流流動狀態(tài)的基本因素。自然對流換熱對物體的形狀、朝向特別敏感，選取

57、特征數(shù)方程時應給予足夠的注意。極限情況下甚至可能轉(zhuǎn)變成純導熱。近年在自然對流換熱領域出現(xiàn)較多形式復雜、自變量覆蓋面廣的新特征數(shù)關聯(lián)式，它們適應了計算機計算的需要。有限空間中的自然對流是流動和換熱形態(tài)都相當復雜的類情形，工程上經(jīng)常簡化為按“導熱”的形式來處理，并由此引入當量導熱系數(shù)的概念。混合對流換熱只要壁面與流體之間存在溫度差，自然對流的影響就不可能完全避免。這種情況F的流場和溫度場也十分復雜。工程上一般采用突出主要因素、忽略次要因素的辦法來處理這個問題。5強化對流換熱強化傳熱是對流換熱原理付諸工程實際應用的主要著眼點，也是傳熱研究中永恒的主題。必須明確強化的重點或者突破口在哪里，然后再針對具體情況選擇一種或幾種強化措施。就一般原理而言，在對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增大的同時，阻力損失會以更大的比