对流部分的习题.ppt

例1 30℃的空气（运动粘度为1.6×10-5m2/s，密度为1.165kg/m3 ）以5m/s的速度流过薄平板。在空气流动方向上板长1m,宽0.5m，求平板末端边界层厚度和平板的摩擦阻力。 例2 4m/s速度为的油流平行流过一块长2m的薄板，该油的运动粘度v=10-5m2/s，密度为850kg/m3,试确定离板前端分别为0.5m,1m,1.5m处的壁面切应力。 解： 例1：平均温度为30 ℃ 的水以0.4kg/s的流量流过一直径为2.5cm，长6m的直管，测得压力降为3kN/m2 。热通量保持为常数，平均壁温为50 ℃ ，试求水的出口温度。 解： 边界层平均温度为 由附录二以此温度查得： ρ=995.7kg/m3 ,cp=4174J/kg· ℃ ， 由 m=ρvmA= ρvmπd2/4 得 vm=4m/(ρπd2)=4×0.4/(995.7×3.14×0.0252)=0.8184m/s 根据 得 ∵水的Prm=4.311 ，应按柯尔朋比计算，即 则 于是给热系数 α=Stf·ρcpvm=(1.769×10-3) ×995.7×4174×0.8184=6018.5W/m2·℃ 管壁对水的热流量为: Q= α·π ·d ·L(tw-tf)=6018.5×3.14×0.025×6×(50-30)=56722.9W 又Q=mcpΔt 故水的温升为: Δt=Q/(m ·cp)=56722.9/(0.4×4174)=34 ℃ 即t0-ti=34℃ 因tf=(t0+ti)/2=30℃ 将上两式联立求解，得出口水温为t0=47℃ * 解 层流 可见边界层厚度相对板长是很小的。 取临界雷诺数为 则 故0.5m处为层流边界层，其壁面切应力为 1m 处也是层流边界层，壁面切应力为 而1.5m处为湍流边界层，此处壁面切应力为 例题3：4℃的空气以1m/s的速度流过一块宽1m，长1.5m的平板， 试求为使平板均匀保持50℃所需供给的热量。 解：空气的定性温度为 根据此温度由附录二查得空气在27℃时， ℃； 首先计算雷诺数以判断流动状态 因 小于临界雷诺数，故全板长的边界层均为层流。 由于平板两个侧面均以对流方式散热， 因此，供给平板的热量应为 可求得平均给热系数 4.8 662.4 例2：20℃的空气在常压下以10m/s的速度流过平板,板面温度tw=60℃,求距前缘200mm处的速度边界层和温度边界层以及αx, α和单宽换热量,再用类比法求局部摩擦系数Cf. 已知:40℃空气物性参数为:λ=0.0271W/m·℃ υ=16.97×10-6m2/s Pr=0.711 ρ=1.127kg/m3 Cp=1.009×103J/kg·℃ 解: 边界层内空气的定性温度: 由题已知40℃空气物性参数为:λ=0.0271W/m·℃ υ=16.97×10-6m2/s Pr=0.711 ∴为层流边界层 .则 局部换热系数: 单位宽度的换热量: 40℃空气物性参数为: ρ=1.127kg/m3 Cp=1.009×103J/kg·℃ 例1：水流过l=5m 长的直管时，从tf’ =25.3℃被加热到tf’’ =34.6℃ 管内直径d=20mm，水在管内的流速为2 m/s，求换热系数。 解：∵是直管，且l/d50故不需修正，同时不考虑温差修正εt=1 水的平均温度 以此为定性温度查得物性参数： 属于紊流区： 如考虑温差修正，则首先需知道壁温。按下述步骤计算：每秒 流过管子的水的总吸热量： 由牛顿冷却公式： 先假设 ，代入上式估算平均 与原值相差不大，不必重复。否则应反复计算。 [例题2] 已知电弧炉顶外表面平均温度为100℃，周围空气温度 为20℃，炉顶直径为2m，试计算炉顶的对流热损失。 解：这一问题可视作热面朝上的水平面的自然对流给热。 定性温度为 由附录二查的空气的热物性参数为 属于湍流（表14-3）P304 所以 对流给热系数为 炉顶的对流热损失为 [例题3] 用热线风速计测量空气的流速，已知热线风速计的加 热丝（铂丝）直径为0.25mm，长度为30mm。温度为20℃的空 气正朝着垂直于温度为60℃的铂丝方向流动，铂丝消耗的热能 为0.8W，求空气的流速。 解：在稳态条件下，根据铂丝的能