高等传热学部分答案详解.doc

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 mPr0.70.8151000.2920.3070.3320.5850.730.1110.3310.3480.3780.6690.8510.3330.3840.4030.440.7921.01310.4960.5230.571.0431.344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 ① ② ③ 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： ， 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。 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。 传热学和热力学中的热平衡概念有何区别？ 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。 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。 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。 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。 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