《传热学》习题课(对流换热部分).ppt

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1、《传热学》习题课（对流换热部分）课件制作：尹华杰第五章对流换热—复习题1.试用简明的语言说明热边界层的概念。答：在对流换热情况下，在固体附近存在一薄流体层，在该层中流体温度沿垂直壁面方向从壁面处的温度等于壁温，急剧变化到流体主流温度，而在流体主流区的温度变化率可视为零。第五章对流换热—复习题2.与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么？答：完全二维稳态无内热源情况下的能量方程：；边界层能量方程：。边界层能量方程的重要特点是：没有项。第五章对流换热—复习题3.式（5-4）与导热问题和第三类边界条件式（

2、2-17）有什么区别？答：式（5-4），式（2-17）为：。两者的区别是：两式中的导热系数不同，（5-4）式中的导热系数是流体的，而（2-17）式的导热系数是固体壁的；两者的温度梯度不同，（5-4）式中是流体边界层在壁面处的温度梯度，而（2-17）式中的温度梯度是固体在与流体接触壁面处的温度梯度。式（5-4）中的h未知，（2-17）式中的h已知。其它参数两者相同。第五章对流换热—复习题4.式（5-4）表明，在边界上垂直于壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热过程中流体的流动起什么作用？答：流体的流动作用为：①保持边

3、界层的厚度，因为边界层的产生是由于流体粘性而产生的，流体的流动速度是决定边界层的厚度的主要因素之一；②把经边界层以导热形式交换的热量，通过流体流动传出或传入流动的流体，实现对流换热。第五章对流换热—复习题5.对流换热问题完整的数学描写应包括什么内容？既然对大多数实际对流换热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数学描写有什么意义？答：应包括：质量守恒方程式，即连续性方程；动量守恒方程式，即纳维—斯托克斯方程；能量守恒方程式。第五章对流换热—复习题对流换热问题的数学描写的意义为：①从分析求解方面，可以根据实际对流换热

4、过程，数学公式中各参数及其导数的量级大小分析，简化方程，求得符合实际传热问题的近似解；②从数学公式中，可看出动量方程与能量方程存在类似形式，可利用比拟方法，建立两者关系，利用阻力系数相对容易求解或容易测定，求解传热关系式；③从实验回归表面传热系数方面，通过控制方程和定解条件，运用相似原理及量纲分析，指导实验设计和数据回归。第五章对流换热—习题5-1．对于流体外掠平板的流动，试利用数量级分析的方法，从动量方程引出厚度的如下变化关系式：解：在流动边界层中，y、v的量级是边界层厚度δ级，u、x的量级较大。在体积力和介质压力可忽

5、略的情况下，稳态、二维、无内热源的动量方程为：第五章对流换热—习题等号左端第一项比第二项大很多，忽略第二项；等号右端括号内第一项比第二项小很多，忽略第一项，面ν对常见流体是δ2量级。第五章对流换热—习题5-2．对于油、空气及液态金属。分别有Pr＞＞1、Pr≈1、Pr＜＜1。试就外掠等温平板的层流边界层流动，画出三种流体边界层中速度分布与温度分布的大致图像（要能显示出δ与δt的相对大小）解：20℃的液态金属水银：ν=11.4×10-8m2/s，Pr=2.72×10-2第五章对流换热—习题20℃的空气：ν=15.06×10-6

6、m2/s，Pr=0.703第五章对流换热—习题解：20℃的14#润滑油：ν=410.9×10-6m2/s，Pr=4846第五章对流换热—习题5-3．流体在两平行平板间作层流充分发展的对流传热（见附图）。试画出下列三种情形下充分发展区域截面上的流体温度分布曲线：(1)qw1=qw2；(2)qw1=2qw2；(3)qw1=0。解：(1)qw1=qw2时，热边界层相同，流体温度为抛物线分布qw2qw1qw2qw1第五章对流换热—习题(2)qw1=2qw2时，qw1侧热流量大，流体温度被加热的温度高，温度梯度大，形成的边界层薄，

7、qw2侧热流量小，流体温度被加热的温度低，温度梯度小，形成的边界层厚(3)qw1=0时，qw1侧的热流量为0，温度梯度为0，qw2侧热流量一定，温度分布与正常相同，为抛物线分布qw2qw1=2qw2qw2qw1=0第五章对流换热—习题5-4．设某一电子器件的外壳可以简化成附图所示的形状，截面呈正方形，上、下表面绝热，而两侧竖壁分别维持在th及tc（th>tc）。试定性地画出空腔截面上空气流动的图像。解：th及tc使近壁介质产生密度差，上下壁面绝热，无热量传递，高温侧上升的气体的流速和温度高于低温侧上升的气体的流速和温度。从

8、而形成如图所示的环流。thtc绝热第五章对流换热—习题5-7．温度为80℃的平板置于来流温度为20℃的气流中。假设平板表面中某点在垂直于壁面方向的温度梯度为40℃/mm，试确定该处的热流密度。解：气体的定性温度为：℃由于一般气体的导热系数与空气的非常接近，采用空气的导热系数：查附录5得，