《傳熱學(xué)》習(xí)題課(對(duì)流換熱部分)

1、《傳熱學(xué)》習(xí)題課（對(duì)流換熱部分）,課件制作：尹華杰,第五章 對(duì)流換熱—復(fù)習(xí)題,1. 試用簡(jiǎn)明的語(yǔ)言說(shuō)明熱邊界層的概念。答：在對(duì)流換熱情況下，在固體附近存在一薄流體層，在該層中流體溫度沿垂直壁面方向從壁面處的溫度等于壁溫，急劇變化到流體主流溫度，而在流體主流區(qū)的溫度變化率可視為零。,第五章 對(duì)流換熱—復(fù)習(xí)題,2. 與完全的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點(diǎn)是什么？答：完全二維穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源情況下的能量方程：

2、 ；邊界層能量方程： 。邊界層能量方程的重要特點(diǎn)是：沒有項(xiàng) 。,第五章 對(duì)流換熱—復(fù)習(xí)題,3. 式（5-4）與導(dǎo)熱問(wèn)題和第三類邊界條件式 （2-17）有什么區(qū)別？答：式（5-4） ，式（2-17）為：

3、 。兩者的區(qū)別是：兩式中的導(dǎo)熱系數(shù)不同，（5-4）式中的導(dǎo)熱系數(shù)是流體的，而（2-17）式的導(dǎo)熱系數(shù)是固體壁的；兩者的溫度梯度不同，（5-4）式中是流體邊界層在壁面處的溫度梯度，而（2-17）式中的溫度梯度是固體在與流體接觸壁面處的溫度梯度。式（5-4）中的h未知，（2-17）式中的h已知。其它參數(shù)兩者相同。,第五章 對(duì)流換熱—復(fù)習(xí)題,4. 式（5-4）表明，在邊界上垂直于壁面的熱量傳遞完全依靠導(dǎo)熱，那么在對(duì)流換熱過(guò)程中流體的

4、流動(dòng)起什么作用？答：流體的流動(dòng)作用為：①保持邊界層的厚度，因?yàn)檫吔鐚拥漠a(chǎn)生是由于流體粘性而產(chǎn)生的，流體的流動(dòng)速度是決定邊界層的厚度的主要因素之一；②把經(jīng)邊界層以導(dǎo)熱形式交換的熱量，通過(guò)流體流動(dòng)傳出或傳入流動(dòng)的流體，實(shí)現(xiàn)對(duì)流換熱。,第五章 對(duì)流換熱—復(fù)習(xí)題,5. 對(duì)流換熱問(wèn)題完整的數(shù)學(xué)描寫應(yīng)包括什么內(nèi)容？既然對(duì)大多數(shù)實(shí)際對(duì)流換熱問(wèn)題尚無(wú)法求得其精確解，那么建立對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫有什么意義？答：應(yīng)包括：質(zhì)量守恒方程式，即連續(xù)性方

5、程；動(dòng)量守恒方程式，即納維—斯托克斯方程；能量守恒方程式。,第五章 對(duì)流換熱—復(fù)習(xí)題,對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫的意義為：①?gòu)姆治銮蠼夥矫?，可以根?jù)實(shí)際對(duì)流換熱過(guò)程，數(shù)學(xué)公式中各參數(shù)及其導(dǎo)數(shù)的量級(jí)大小分析，簡(jiǎn)化方程，求得符合實(shí)際傳熱問(wèn)題的近似解；②從數(shù)學(xué)公式中，可看出動(dòng)量方程與能量方程存在類似形式，可利用比擬方法，建立兩者關(guān)系，利用阻力系數(shù)相對(duì)容易求解或容易測(cè)定，求解傳熱關(guān)系式；③從實(shí)驗(yàn)回歸表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)方面，通過(guò)控制方程和定解條件，運(yùn)用相

6、似原理及量綱分析，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)回歸。,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,5-1．對(duì)于流體外掠平板的流動(dòng)，試?yán)脭?shù)量級(jí)分析的方法，從動(dòng)量方程引出厚度的如下變化關(guān)系式：解：在流動(dòng)邊界層中，y、v的量級(jí)是邊界層厚度δ級(jí)，u、x的量級(jí)較大。在體積力和介質(zhì)壓力可忽略的情況下，穩(wěn)態(tài)、二維、無(wú)內(nèi)熱源的動(dòng)量方程為：,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,等號(hào)左端第一項(xiàng)比第二項(xiàng)大很多，忽略第二項(xiàng)；等號(hào)右端括號(hào)內(nèi)第一項(xiàng)比第二項(xiàng)小很多，忽略第一項(xiàng)，面ν對(duì)常見流體是δ2

7、量級(jí)。,,,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,5-2．對(duì)于油、空氣及液態(tài)金屬。分別有Pr＞＞1、Pr≈1、Pr＜＜1。試就外掠等溫平板的層流邊界層流動(dòng)，畫出三種流體邊界層中速度分布與溫度分布的大致圖像（要能顯示出δ與δt的相對(duì)大?。┙猓?20℃的液態(tài)金屬水銀：ν=11.4×10-8m2/s，Pr=2.72×10-2,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,20℃的空氣：ν=15.06×10-6m2/s，Pr=0.703,第五章

8、 對(duì)流換熱—習(xí)題,解：20℃的14#潤(rùn)滑油：ν=410.9×10-6m2/s，Pr=4846,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,5-3．流體在兩平行平板間作層流充分發(fā)展的對(duì)流傳熱（見附圖）。試畫出下列三種情形下充分發(fā)展區(qū)域截面上的流體溫度分布曲線：(1) qw1=qw2；(2) qw1=2qw2；(3) qw1=0。解： (1) qw1=qw2時(shí)，熱邊界層相同，流體溫度為拋物線分布,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,(2) qw

9、1=2qw2時(shí)，qw1側(cè)熱流量大，流體溫度被加熱的溫度高，溫度梯度大，形成的邊界層薄，qw2側(cè)熱流量小，流體溫度被加熱的溫度低，溫度梯度小，形成的邊界層厚(3) qw1=0時(shí)，qw1側(cè)的熱流量為0，溫度梯度為0，qw2側(cè)熱流量一定，溫度分布與正常相同，為拋物線分布,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,5-4．設(shè)某一電子器件的外殼可以簡(jiǎn)化成附圖所示的形狀，截面呈正方形，上、下表面絕熱，而兩側(cè)豎壁分別維持在th及tc（th>

10、tc）。試定性地畫出空腔截面上空氣流動(dòng)的圖像。解：th及tc使近壁介質(zhì)產(chǎn)生密度差，上下壁面絕熱，無(wú)熱量傳遞，高溫側(cè)上升的氣體的流速和溫度高于低溫側(cè)上升的氣體的流速和溫度。從而形成如圖所示的環(huán)流。,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,5-7．溫度為80℃的平板置于來(lái)流溫度為20℃的氣流中。假設(shè)平板表面中某點(diǎn)在垂直于壁面方向的溫度梯度為40℃/mm，試確定該處的熱流密度。解：氣體的定性溫度為： ℃

11、由于一般氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與空氣的非常接近，采用空氣的導(dǎo)熱系數(shù)：查附錄5得，50℃時(shí)：λ=0.0283W/m·K,,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,5-8．取外掠平板邊界層的流動(dòng)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)（Rec）5×105，試計(jì)算25℃的空氣、水及14號(hào)潤(rùn)滑油達(dá)到Rec數(shù)時(shí)所需的平板長(zhǎng)度，取u∞=1m/s。解： 查附錄8和10，25℃時(shí)：,,,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,5-23．對(duì)置于氣流中的一塊很

12、粗糙的表面進(jìn)行傳熱試驗(yàn)，測(cè)得如下的局部換熱特征性的結(jié)果：其中特征長(zhǎng)度x為計(jì)算點(diǎn)離開平板前緣的距離。試計(jì)算當(dāng)氣流溫度t∞=27℃、流速u∞=50m/s時(shí)離開平板前緣x=1.2m處的切應(yīng)力。平壁溫度tw=73℃。 解：由比擬理論，湍流時(shí)：,,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,5-10．兩無(wú)限大平板之間的流體，由于上板運(yùn)動(dòng)而引起的層流粘性流動(dòng)，文獻(xiàn)中常稱庫(kù)埃特流。若不計(jì)流體中由于粘性而引起的機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。試求解流體的速度與溫度分布。上板溫度為

13、tw2，下板溫度為tw1。,,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,解：由于為兩無(wú)限大板間的流動(dòng)，流速場(chǎng)與溫度場(chǎng)與x、z坐標(biāo)無(wú)關(guān)，在穩(wěn)態(tài)情況下，僅是y坐標(biāo)的函數(shù)，傳熱學(xué)基本方程：,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,在層流粘性流動(dòng)條件下，y向速度v=0，x向速度u是y的函數(shù)，溫度t是y的函數(shù)，傳熱學(xué)基本方程成為：邊界條件為：,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,速度和溫度分布由于兩板無(wú)限大，穩(wěn)態(tài)情況下壓力沿x方向的變化率為常數(shù)，積分簡(jiǎn)化動(dòng)量方程可得：代入

14、上下面的速度邊界條件得：,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,速度和溫度分布積分簡(jiǎn)化能量方程可得：代入上下面的溫度邊界條件得：,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,5-14 實(shí)驗(yàn)測(cè)得一置于水中的平板某點(diǎn)的切應(yīng)力為1.5Pa，如果水溫與平板溫度分別為15℃與60℃，試計(jì)算當(dāng)?shù)氐木植繜崃髅芏?。解：定性溫度為?采用線性插值，查附錄9得,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,切應(yīng)力與Re數(shù)的關(guān)系局部換熱系數(shù)局部熱流密度,第五章 對(duì)流換

15、熱—習(xí)題,5-21 夏天，常常將飲料容器置于冰水中來(lái)冷卻飲料。為了加速冷卻，有人提出了這樣一個(gè)專利：將飲料殼體（例如易拉罐）繞其軸線在冰水中做轉(zhuǎn)動(dòng)。如果能實(shí)現(xiàn)飲料瓶或易拉罐繞其軸線的純轉(zhuǎn)動(dòng)，試從對(duì)流傳熱基本方程出發(fā)，分析這樣的方法能否加速飲料的冷卻？,第五章 對(duì)流換熱—習(xí)題,答：能加速飲料的冷卻。因?yàn)橐桌拗械娘嬃弦话悴还酀M，當(dāng)易拉罐水平放置時(shí)，上部有一氣體空間。易拉罐轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后，由于飲料的粘性使飲料與罐體壁一起轉(zhuǎn)動(dòng)，飲料沿圓周方

16、向發(fā)生層間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度大于靜止時(shí)，使Re數(shù)增大，邊界層減薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增大，傳熱量加大，加速飲料的冷卻,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,1. 什么叫做兩個(gè)同類的物理現(xiàn)象相似？相似的物理現(xiàn)象有什么共性？怎樣才能做到兩個(gè)物理現(xiàn)象相似？答：如果兩個(gè)同類的物理現(xiàn)象，在相應(yīng)時(shí)刻與相應(yīng)地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)應(yīng)成比例，則稱此兩物理現(xiàn)象彼此相似。共性：同名相似特征數(shù)相等，單值性條件相似。在兩個(gè)同類物理現(xiàn)象的初始條件

17、、邊界條件、幾何條件和物理?xiàng)l件相似時(shí)，可做到兩個(gè)物理現(xiàn)象相似。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,2.試舉出工程技術(shù)中相似原理應(yīng)用的兩個(gè)例子。答：泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的流體過(guò)程非常復(fù)雜，在泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)常采用相似原理來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)也常采用相似原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,3. 當(dāng)一個(gè)由若干個(gè)有量綱的物理量所組成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)換成數(shù)目較少的無(wú)量綱量后，這個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的性

18、質(zhì)與地位起了什么變化？答：可以極大地減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，并且根據(jù)相似原理，個(gè)別試驗(yàn)所得出的結(jié)果已上升到代表整個(gè)相似組的地位，所得結(jié)果具有一定的通用性。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,4-1. 什么是內(nèi)部流動(dòng)？什么是外部流動(dòng)？答：內(nèi)部流動(dòng)：換熱壁面上的流動(dòng)邊界層與熱邊界層可能受到鄰近壁面存在的限制，流體被約束在周邊封閉的壁面內(nèi)的流動(dòng)。外部流動(dòng)：換熱壁面上的流動(dòng)邊界層與熱邊界層自由發(fā)展，不會(huì)受到鄰近壁面存在的限制的流動(dòng)。,第

19、六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,4-1. 對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象而言，外掠單管的流動(dòng)與管道內(nèi)的流動(dòng)有什么不同？答：管道內(nèi)的流動(dòng)具有流動(dòng)邊界層特征。外掠單管的流動(dòng)除具有邊界層特征外，還要發(fā)生繞流脫體、產(chǎn)生回流、旋渦和渦束。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,4-3. 外掠單管與管內(nèi)流動(dòng)這兩個(gè)流動(dòng)現(xiàn)象在本質(zhì)上有什么不同？答：外掠單管換熱壁面上的流動(dòng)邊界層與熱邊界層能自由發(fā)展，而管道內(nèi)流動(dòng)邊界層與熱邊界層受到通道壁面存在的限制。

20、外部流動(dòng)中存在著一個(gè)邊界層外的區(qū)域，無(wú)論是速度梯度還是溫度梯度都可以忽略,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,5. 外掠管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只有當(dāng)流動(dòng)方向管排數(shù)大于一定數(shù)值后才與管排數(shù)無(wú)關(guān)，試分析其原因。答：流體外掠管排時(shí)在管排的前幾排流體從均勻流開始，流經(jīng)每排后流動(dòng)狀態(tài)被從新分布，流體的湍動(dòng)程度增高，由于流量和流動(dòng)空間一定，流經(jīng)幾排后，湍動(dòng)程度逐漸被穩(wěn)定下來(lái)，使管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與管排數(shù)表現(xiàn)為無(wú)關(guān)性。,第六章 單相對(duì)

21、流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,6-1. 說(shuō)明充分發(fā)展管內(nèi)對(duì)流傳熱這一概念的含義。答：充分發(fā)展管內(nèi)流動(dòng)是指管內(nèi)的流體狀態(tài)不再發(fā)生變化，這時(shí)的邊界層基本穩(wěn)定，換熱強(qiáng)度保持不變。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,6-2. 試說(shuō)明管槽內(nèi)對(duì)流換熱的入口效應(yīng)并簡(jiǎn)釋其原因。答：入口效應(yīng)：流體從大空間進(jìn)入管槽時(shí)，流體邊界層厚度從零開始增長(zhǎng)，靠近管槽中心的流動(dòng)狀態(tài)也逐漸從均勻狀態(tài)向最終的層流或湍流狀態(tài)發(fā)展。從進(jìn)口的均勻狀態(tài)到最終的層流或

22、湍流狀態(tài)之間的區(qū)域稱為入口段。入口段的熱邊界層較薄，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比充分發(fā)展段高，隨著邊界層增厚，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沿主流方向逐漸降低。如果邊界層中出現(xiàn)湍流，則因湍流的擾動(dòng)與混合作用，又會(huì)使局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有所提高，再趨向一個(gè)定值。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,7. 說(shuō)明大空間自然對(duì)流換熱與有限空間自然對(duì)流換熱的區(qū)別，這與強(qiáng)制對(duì)流中的外部流動(dòng)及內(nèi)部流動(dòng)有什么異同？答：在空間自然對(duì)流換熱：流體的冷卻過(guò)程與加熱過(guò)程互不影響

23、的自然對(duì)流換熱。有限空間自然對(duì)流換熱：流體的加熱與冷卻過(guò)程相互影響的自然對(duì)流換熱。區(qū)別就是加熱與冷卻過(guò)程是否相互影響。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,不同點(diǎn)有：流動(dòng)狀態(tài)不同，大空間自然對(duì)流和有限空間自然對(duì)流是自然對(duì)流；而強(qiáng)制對(duì)流的外部流動(dòng)及內(nèi)部流動(dòng)是強(qiáng)制對(duì)流。大空間自然對(duì)流的邊界層不受干擾，而強(qiáng)制對(duì)流外部流動(dòng)的邊界層受主流體流動(dòng)的干擾。有限空間自然對(duì)流的邊界層受到干擾程度比管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流邊界層受到干擾的程度小。相同點(diǎn)有

24、：大空間自然對(duì)流的邊界層和強(qiáng)制對(duì)流外部流動(dòng)的邊界層，都不會(huì)受到鄰近壁面存在的限制。有限空間自然對(duì)流和內(nèi)部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流的傳熱均受到鄰近壁面的限制。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,8. 簡(jiǎn)述射流沖擊傳熱時(shí)被沖擊表面上局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的分布規(guī)律。答：當(dāng)噴嘴表面離開被沖擊物體的相對(duì)距離H/D比較大時(shí)，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)從滯止點(diǎn)的最高值向四周單調(diào)地下降，隨r的增加，下降趨勢(shì)逐漸減緩，在同一r/D下，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨ReD的升高而升

25、高。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,當(dāng)H/D減少到1左右時(shí)，第二個(gè)峰值處的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)在ReD較高時(shí)已經(jīng)與滯止點(diǎn)處的值接近。射流離開噴嘴后由于氣流的卷吸作用而使流動(dòng)中的湍流度急劇增加，同時(shí)氣流到達(dá)壁面時(shí)，氣流與壁面間的劇烈沖擊作用也會(huì)使氣流中的振動(dòng)增加。這些因素綜合作用的結(jié)果，導(dǎo)致在一定條件下局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的分布出現(xiàn)第二個(gè)峰值,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,當(dāng)H/D減少到5左右時(shí)，隨著ReD的增加，局部

26、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的分布開始出現(xiàn)第二個(gè)峰值，這一趨勢(shì)隨著ReD的升高而日益明顯,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,9. 簡(jiǎn)述Nu數(shù)、Pr數(shù)及Gr數(shù)的物理意義，Nu數(shù)與Bi數(shù)有什么區(qū)別？答：Nu數(shù)的物理意義：壁面上流體的無(wú)量綱溫度梯度（注意λ為流體的導(dǎo)熱系數(shù)）；Pr數(shù)的物理意義：動(dòng)量擴(kuò)散厚度與熱量擴(kuò)散厚度之比的一種度量； Gr數(shù)是浮升力/粘性力比值的一種度量。Nu數(shù)與Bi數(shù)的區(qū)別在于導(dǎo)熱系數(shù)λ的不同，Nu數(shù)的λ為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，

27、Bi數(shù)的λ為固體的導(dǎo)熱系數(shù)。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,10. 對(duì)于新遇到一種對(duì)流換熱現(xiàn)象，在從參考資料中去尋找換熱的特征方程時(shí)要注意什么？答：首先根據(jù)對(duì)流換熱現(xiàn)象的特點(diǎn)，確定是強(qiáng)制對(duì)流換熱，還是自然對(duì)流換熱，或者兩者的混合換熱問(wèn)題。對(duì)強(qiáng)制對(duì)流換熱： 。對(duì)自然對(duì)流換熱： 。對(duì)混合換熱：,。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)

28、題,11. 如果把一塊溫度低于環(huán)境溫度的大平板豎直地置于空氣中，試畫出平板上流體流動(dòng)及局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分布的圖象。答：隨著時(shí)間延長(zhǎng)靠近平板的空氣溫度下降，密度逐漸增加，向下流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中傳熱繼續(xù)進(jìn)行，形成上薄下厚邊界層，如果壁面足夠高，下部可能形成湍流流動(dòng)，如圖所示。當(dāng)邊界層薄時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，邊界層厚時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分布如圖所示。,h,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,12. 對(duì)于采用單個(gè)射流來(lái)冷

29、卻或加熱物體表面的情形,是否噴嘴出口到物體表面間的距離越近越好？答：不是。當(dāng)噴嘴離物體表面過(guò)分近時(shí)，使噴嘴噴出的流體向平行于板面背離噴嘴中心方向流出時(shí)，由于流通面積很小，流速很高，壁面約束作用，使流體產(chǎn)生旋渦分離，向垂直壁面方向運(yùn)動(dòng),第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,的部分大量增加，形成濺射，這部分流體可能形成珠狀體與空氣換熱從而損失熱量，使傳熱效果變差。當(dāng)距離不是過(guò)近時(shí)，流體不形成濺射，熱損失大量降低，傳熱效果是隨噴嘴距物

30、體表面的距離減小，而傳熱效果越好。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—復(fù)習(xí)題,13. 與已學(xué)習(xí)過(guò)的其他形式強(qiáng)制對(duì)流換熱方式相比，射流沖擊換熱的復(fù)雜性表現(xiàn)在什么地方？答：復(fù)雜性表現(xiàn)在：（1）流體自噴嘴射出后，由于速度很高與周圍靜止流體產(chǎn)生剪切，生成旋渦，卷吸周圍流體；（2）高速流體垂直撞擊物體表面，使流體流動(dòng)方向發(fā)生急劇改變，而流體的上表面自由無(wú)約束，流體的流速場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布復(fù)雜。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,6-5.

31、 有人曾經(jīng)給出下列流體外掠正方形柱體（其一個(gè)面與來(lái)流方向垂直）的換熱數(shù)據(jù)： Nu Re Pr 41 5 000 2.2 125 20 000

32、 3.9 117 41 000 0.7 202 90 000 0.7采用Nu=CRenPrm的關(guān)系式來(lái)整理數(shù)據(jù)并取m=1/3，試確定其中的常數(shù)C與指數(shù)n。在上述Re及Pr的范圍內(nèi)，當(dāng)方形柱體的截面對(duì)角線與來(lái)流方

33、向平行時(shí)，可否用此式進(jìn)行計(jì)算，為什么？,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,解：方程可寫成：,,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,不能用此式計(jì)算方形柱體的截面對(duì)角線與來(lái)流方向平行時(shí)的情況。理由是這種情況與實(shí)驗(yàn)換熱情況的定解條件不相似。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,6-8．一常物性的流體同時(shí)流過(guò)溫度與之不同的兩根直管1與2，且d1=2d2。流動(dòng)與換熱均已處于湍動(dòng)充分發(fā)展區(qū)域。試確定在下列兩種情形下兩管內(nèi)平均表面

34、傳熱系統(tǒng)的相對(duì)大?。?（1）流體以同樣的流速流過(guò)兩管；（2）流體以同樣的質(zhì)量流量流過(guò)兩管。 解：因常物性，Prf不變：,,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,6-24．一塊400mm的平板，平均壁溫為40℃。常壓下20℃的空氣以10m/s的速度縱向流過(guò)該板表面。試計(jì)算離平板前緣50mm、100mm、200mm、300mm、400mm處的熱邊界層厚度、局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 解：首先計(jì)算定性溫度，然后查

35、附錄8，得到空氣在定性溫度時(shí)的物性：,,,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,6-28 為保證微處理機(jī)的正常工作，采用一個(gè)小風(fēng)機(jī)將氣流平行地吹過(guò)集成電路塊表面，如題圖所示。試分析：（1）如果每個(gè)集成電路塊的散熱量相同，在氣流方向上不同編號(hào)的集成電路塊的表面溫度是否一樣，為什么？對(duì)溫度要求較高的組件應(yīng)當(dāng)放在什么位置上？（2）哪些無(wú)量綱量影響對(duì)流換熱？,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,解：1. 不一樣。因?yàn)樵跉饬鞣较?/p>

36、上，前面的集成電路塊散熱至氣流中，使氣流溫度逐步升高。在氣流方向上，后面的集成電路塊與氣體的傳熱推動(dòng)力下降，沿氣流方向集成電路塊的表面溫度逐步升高。 對(duì)溫度要求較高的組件應(yīng)當(dāng)放在近氣流進(jìn)口的位置上。2. Nu、Re、Pr、Gr,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,6-32 直徑為10mm的電加熱圓柱置于氣流中冷卻，在Re=4000時(shí)每米長(zhǎng)圓柱通過(guò)對(duì)流傳熱散失的熱量為69W。若把圓柱直徑改為20mm，其余條件不變

37、（包括tw），問(wèn)每米圓柱的散熱量為多少？解：查表6-5，Re=4000時(shí)指數(shù)n=0.466；Re=8000時(shí)指數(shù)n=0.618,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,圓柱直徑為20mm，每米圓柱的散熱量為,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,6-36. 某鍋爐廠生產(chǎn)的220t/h高壓鍋爐，其低溫段空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)為：叉排布置，s1=76mm，s2=44mm，管子為φ40mm×1.5mm；平均溫度為150

38、℃的空氣橫向沖刷管束，流動(dòng)方向的總排數(shù)為44。在管排中心線截面上的空氣流速（即最小截面上的流速）為6.03m/s。試確定管束與空氣間的平均傳熱系數(shù)。管壁平均溫度為185℃。解：首先計(jì)算定性溫度，然后查附錄8，得到空氣在定性溫度時(shí)的物性：,,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,6-40．將水平圓柱體外自然對(duì)流換熱的準(zhǔn)則式改寫成為以下的方便形式： 。其中系數(shù)C取決于流體種類及溫度。對(duì)于空氣及水，試分別計(jì)算tm=40

39、℃、60℃、80℃的三種情形時(shí)上式中的系數(shù)C之值。解：空氣在各計(jì)算溫度下的物性數(shù)據(jù)：,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,水在各計(jì)算溫度下的物性數(shù)據(jù)：,,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,由（5-79）式 ，由表5-12，對(duì)橫圓柱，n=1/4時(shí)，C1=0.48,,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,6-52 一水平封閉夾

40、層，其上、下表面的間距δ=14mm，夾層內(nèi)是壓力為1.013×105Pa的空氣。設(shè)一個(gè)表面的溫度為90℃，另一表面為了30℃，試計(jì)算當(dāng)熱表面在冷表面之上及在冷表面之下兩種情形下，通過(guò)單位面積夾層的傳熱量。,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,解：a. 當(dāng)熱表面在冷表面之下時(shí)，問(wèn)題屬水平空氣夾層自然對(duì)流換熱問(wèn)題：,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,解：b. 當(dāng)熱表面在冷表面之上時(shí)，問(wèn)題屬水平空氣夾層的導(dǎo)熱問(wèn)題：,第

41、六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,6-58 溫度為20℃的空氣從直徑d=10mm的噴嘴以20m/s的速度射出，垂直地沖擊tw=100℃的平板上。環(huán)境溫度t∞=20℃。試對(duì)l/d=2、3、4、5、6五種情形，計(jì)算在r/d=2.5～7.5范圍內(nèi)的平均Nu數(shù)，由此可以得出什么結(jié)論？解：定性溫度：60℃，Pr=0.696, ν=18.97×10-6m2/s，λ=0.029W/m·K,第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)

42、式—習(xí)題,平均Nu數(shù),第六章 單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式—習(xí)題,結(jié)論隨著離噴射中心的距離越遠(yuǎn)，表面換熱系數(shù)越??；噴射口距平板越近，表面換熱系數(shù)越大,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,1. 什么叫膜狀凝結(jié)，什么叫珠狀凝結(jié)？膜狀凝結(jié)時(shí)熱量傳遞過(guò)程的主要阻力在什么地方？答：膜狀凝結(jié)：凝結(jié)液體能很好地潤(rùn)濕壁面，它在壁面上鋪成膜的凝結(jié)形式。珠狀凝結(jié)：凝結(jié)液體不能很好地潤(rùn)濕壁面，它在壁面上形成一個(gè)個(gè)的小液珠的凝結(jié)形式。膜狀凝結(jié)時(shí)熱量傳遞過(guò)

43、程的主要阻力在液膜層。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,2. 在努塞爾關(guān)于膜狀凝結(jié)理論分析的8條假定中，最主要的簡(jiǎn)化假定是哪兩條？答：最主要兩條假定是：①液膜的慣性力可以忽略；②膜內(nèi)溫度分布是線性的，即認(rèn)為液膜內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱，而無(wú)對(duì)流作用。上面的第①個(gè)假定使動(dòng)量方程的 項(xiàng)可忽略；第②個(gè)假定使能量方程的 項(xiàng)可忽略。從而使邊界動(dòng)量和能量方程成為常微分方程。,第七章

44、凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,3. 有人說(shuō)，在其他條件不變的情況下，水平管外的凝結(jié)換熱一定比豎直管強(qiáng)烈，這一說(shuō)法一定成立嗎？答：不一定。由水平管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與豎直壁表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的比值式： 可得到當(dāng)(l/d)=2.8447時(shí)，(hH/hV)=1。當(dāng)(l/d)<2.8447時(shí)，水平管的凝結(jié)換熱就低于豎直管的換熱。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,4. 為什么水平管外凝結(jié)換熱只介紹層流的準(zhǔn)則式？

45、常壓下的水蒸氣在 ℃的水平管外凝結(jié)，如果要使液膜中出現(xiàn)湍流，試近似地估計(jì)一下水平管的直徑要多大？答：因?yàn)闄M管直徑較小，實(shí)踐上均在層流范圍，這可從下面的計(jì)算看出。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,常壓下查出物性常數(shù)：ts=100℃，tw=110℃，tm=(tw+ts)/2=105℃，ρ=(958.4+950.9)/2=954.65kg/m3，λ=(

46、0.683+0.685)/2=0.684W/m·K，η=(282.5+259)×10-6/2 =270.75×10-6kg/m·s，r=(2256.6+2229.9)/2=2243.25kJ/kg代入上式得：,當(dāng)d>4.4041m后才出現(xiàn)湍流。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,5. 試說(shuō)明大容器沸騰的q～Δt曲線中各部分的換熱機(jī)理。答：①壁面過(guò)熱度Δt4℃后在壁面

47、的某些特定點(diǎn)上出現(xiàn)獨(dú)立汽泡，并隨過(guò)熱度增加，汽化核心增加，汽泡互相影響，并會(huì)合成汽塊或汽柱。這一區(qū)域?yàn)楹藨B(tài)沸騰區(qū)，汽泡劇烈擾動(dòng)，換熱系數(shù)和熱流密度都急劇增大。換熱機(jī)理為相變換熱和傳熱表面氣液混合的湍流換熱的綜合。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,③隨過(guò)熱度進(jìn)一步提高，核態(tài)沸騰的最終，使汽塊或汽柱匯聚覆蓋在加熱面上，蒸汽的排除過(guò)程趨于惡化，這一區(qū)域?yàn)檫^(guò)渡沸騰區(qū)。使換熱效果變差。換熱機(jī)理為相變換熱和傳熱表面不均勻氣膜傳熱的綜合。④在過(guò)渡

48、沸騰區(qū)的未端，熱流密度達(dá)到最小。隨著過(guò)熱度的進(jìn)一步增加，在加熱壁面上形成穩(wěn)定的蒸汽膜層，產(chǎn)生的蒸汽有規(guī)則地排離膜層，壁面的輻射增強(qiáng)。熱流密度隨過(guò)熱度增加而增大。這一區(qū)段為穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。換熱機(jī)理為相變換熱和傳熱表面的均勻氣膜傳熱加上輻射傳熱。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,6. 對(duì)于熱流密度可控及壁面溫度可控的兩種換熱情形，分別說(shuō)明控制熱流密度小于臨界熱流密度及溫差小于臨界溫差的意義，并針對(duì)上述兩種情形分別舉出一個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例。答

49、：對(duì)于依靠控制熱流密度來(lái)改變工況的加熱設(shè)備，一旦熱流密度超過(guò)峰值，工況將沿qmax跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，過(guò)熱度將猛升至近1000℃，可能導(dǎo)致設(shè)備的燒毀，所以必須嚴(yán)格監(jiān)視并控制熱流密度，確保在安全工作范圍之內(nèi)。對(duì)于依靠控制壁面溫度來(lái)改變工況的加熱設(shè)備，一旦過(guò)熱度超過(guò)核態(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)DNB，就有可能很快達(dá)到qmax，然后跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，使換熱量大大減少。熱流密度可控的例子：電加熱器；壁面溫度可控的例子：蒸發(fā)器、冷凝器（受飽和溫度控制）。,第

50、七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,7. 試對(duì)比水平管外膜狀凝結(jié)及水平管外膜態(tài)沸騰換熱過(guò)程的異同。答：相同點(diǎn)：換熱最大阻力都在貼附于壁面上的膜層中。不同點(diǎn)：膜態(tài)沸騰的膜層是氣膜，膜狀凝結(jié)的膜層是液膜。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,8. 從傳熱表面的結(jié)構(gòu)而言，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是什么？強(qiáng)化沸騰換熱的基本思想是什么？答：強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是：盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜厚度。強(qiáng)化沸騰換熱的基本思想是：盡量增加沸騰換熱表

51、面的汽化核心，造出更多的微小凹坑。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,9. 在你學(xué)習(xí)過(guò)的對(duì)流換熱中，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式中顯含換熱溫差的有哪幾種換熱方式？其他換熱方式中不顯含溫差是否意味著與溫差沒有任何關(guān)系？答：①自然對(duì)流；②凝結(jié)；③沸騰。其他換熱方式中雖不顯含溫差，但仍與溫差有關(guān)。例如適用于中等以下溫差的迪圖斯—貝爾特計(jì)算式，這里的溫差指流體與壁面之間的溫度差。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,10. 在圖7-14所示的沸騰曲

52、線中，為什么穩(wěn)定膜態(tài)沸騰部分的曲線會(huì)隨Δt的增加而迅速上升？答：這是因?yàn)棣越大，輻射越強(qiáng)，而輻射熱流密度隨絕對(duì)溫度的4次冪增加，因此迅速上升。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,11. 熱管中的熱量傳遞過(guò)程所涉及到的傳熱環(huán)節(jié)都是我們以前所知道的，為什么一經(jīng)把它們組合在熱管內(nèi)，熱管就成為一種高效的傳熱元件？答：這是因?yàn)闊峁芟鄬?duì)于金屬棒的導(dǎo)熱熱阻，當(dāng)把真空條件下有相變的蒸發(fā)、冷凝、管壁導(dǎo)熱按構(gòu)成熱管的方式組合在一起時(shí)其換熱熱阻小很多

53、，而表現(xiàn)為高效傳熱元件的。金屬棒的導(dǎo)熱是熱量,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,從一端傳到另一端。傳熱熱阻與材料導(dǎo)熱系數(shù)和棒橫截面成反比，與長(zhǎng)度成正比。而熱管的導(dǎo)熱為沿管子徑向，從管子外壁傳向內(nèi)壁或相反，熱量傳遞路徑短，其導(dǎo)熱熱阻為： ，管長(zhǎng)越長(zhǎng)，熱阻越小，壁厚越薄， 越小，熱阻越小。對(duì)流熱阻由于有相變傳熱，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)非常高，對(duì)流換熱熱阻很小。使沿?zé)峁荛L(zhǎng)度方向?qū)釤嶙杓由蠈?duì)流換熱熱阻，遠(yuǎn)小于金屬棒

54、的熱阻。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,12. 什么是重力熱管，試述其優(yōu)點(diǎn)及局限性。答：重力熱管：依靠重力回流冷凝液的熱管。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)吸液芯，制造成本低。局限性：只能豎直放置使用，并且必須保證蒸發(fā)段在下，冷凝段在上，不能反向。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—復(fù)習(xí)題,13. 采用鋼-水熱管的換熱器，其換熱性能的優(yōu)劣主要取決于什么環(huán)節(jié)？答：主要取決于工件液的蒸發(fā)和冷凝兩個(gè)換熱環(huán)節(jié)。因?yàn)楣ぜ旱恼舭l(fā)和冷凝任何一個(gè)環(huán)節(jié)不正常，熱端的熱

55、量傳向冷端都要受阻，傳熱量極大地降低。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,7-2. 對(duì)于壓力為0.1013MPa的水蒸氣，試估算在Δt=tw-ts=10℃的情況下雅各布數(shù)之值，并說(shuō)明此特征數(shù)的意義以及可能要用到這一特征數(shù)的那些熱傳遞現(xiàn)象。解：查附錄11和10，水蒸氣的潛熱和液膜的比熱為：其雅各布數(shù)為：,,,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,此特征數(shù)的意義是蒸氣的潛熱與液膜顯熱的比值。說(shuō)明凝結(jié)過(guò)程中，換熱量中潛熱與顯熱所占比例。當(dāng)其較大

56、時(shí)，說(shuō)明潛熱占的比例大，顯熱占的比例小，冷凝的液體量所占比例不會(huì)較大，凝結(jié)膜中的流速會(huì)較小，可忽略液膜的慣性力。液膜放出的顯熱較少，可忽略液膜的過(guò)冷度。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,7-4．當(dāng)把一杯水倒在一塊赤熱的鐵板上時(shí)，板面上立即會(huì)產(chǎn)生許多跳動(dòng)著的小水滴，而且可以維持相當(dāng)一段時(shí)間而不被汽化掉。試從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)解釋這一現(xiàn)象[常稱為萊登佛羅特（Leidenfrost）現(xiàn)象]，并從沸騰換熱曲線上找出開始形成這一狀態(tài)的點(diǎn)。,第七章

57、凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,解：因水的表面張力隨溫度升高，而減小，在一開始水的溫度較低，表面應(yīng)力大。赤熱的鐵板表面有一層氣膜，由于壁面加熱而產(chǎn)生自然對(duì)流。當(dāng)水滴落在鐵板上時(shí)，使處于自然對(duì)流的氣膜受到干擾，產(chǎn)生波動(dòng)，水受到氣膜的波動(dòng)力，而分離成小水滴。小水滴受到周圍氣膜的包圍，氣膜的傳熱系數(shù)小，使水滴在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)才能達(dá)到飽和溫度。 這一現(xiàn)象在沸騰換熱曲線上處于過(guò)渡沸騰段。開始形成這一狀態(tài)點(diǎn)是對(duì)應(yīng)圖6-11上qmin的點(diǎn)。因隨過(guò)程進(jìn)行

58、壁面過(guò)熱度減少，而向過(guò)渡沸騰段進(jìn)行。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,7-5．飽和水蒸氣在高度l=1.5m的豎管外表面上作層流膜狀凝結(jié)。水蒸氣壓力為p=2.5×105Pa，管子表面溫度為123℃。試?yán)门麪柗治鼋庥?jì)算離開管頂為0.1m、0.2m、0.4m、0.6m及1.0m處的液膜厚度和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：水蒸氣壓力為p=2.5×105Pa時(shí)的物性為：,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱

59、—習(xí)題,7-12. 壓力為1.013×105Pa的飽和水蒸氣,用水平放置的壁溫為90℃的銅管來(lái)凝結(jié)。有下列兩種選擇：用一根直徑為10cm的銅管或用10根直徑為1cm的銅管。試問(wèn)：（1）這兩種選擇所產(chǎn)生的凝結(jié)水量是否相同？最多可以相差多少？（2）要使凝結(jié)水量的差別最大，小管徑系統(tǒng)應(yīng)如何布置（不考慮容積的因素）。（3）上述結(jié)論與蒸汽壓力、銅管壁溫是否有關(guān)（保證兩種布置的其他條件相同）？,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,解：（1）

60、單位長(zhǎng)度的管子的平均傳熱量應(yīng)與質(zhì)量qm的相變熱相等： 。而水平管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：一根管子直徑d1和n根管子直徑d2的凝結(jié)水量比為：,,,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,本例：凝結(jié)水量不同。10根直徑為1cm的銅管的凝結(jié)水量多，最多可相差1.778倍。（2）從上向下在垂直面上10根細(xì)管排成一排可得到最大凝結(jié)量。這是因?yàn)樯蠈拥哪Y(jié)水，落在下層管子上可產(chǎn)生飛濺，對(duì)液膜沖擊擾動(dòng)，加速

61、傳熱和冷凝。（3）無(wú)關(guān)。因?yàn)檎魵鈮毫捅跍赜绊懳镄詳?shù)據(jù)、飽和溫度與壁溫的差值。只要對(duì)粗管和細(xì)管兩種系統(tǒng)它們兩者一致，它們對(duì)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響比例相同，并不影響兩種選擇的凝結(jié)量比值。,,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,7-19．直徑為6mm的合金鋼元在98℃水中淬火時(shí)的冷卻曲線如附圖所示。鋼元初溫為800℃。試分析曲線各段所代表的換熱過(guò)程的性質(zhì)。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,解：直線的A段，鋼元溫度800℃到400℃左右，液體在淬火

62、開始時(shí)，溫度較低，逐漸溫度升高，過(guò)熱度很大，鋼元表面有一層穩(wěn)定的膜為膜狀沸騰。 曲線的B段，鋼元溫度從400℃左右到低于200℃溫度仍較高，但液體的溫度也較高，過(guò)熱度較大，鋼元表面的氣膜層由穩(wěn)定轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定，很快進(jìn)入分離的氣塊或氣柱，也有可能出現(xiàn)孤獨(dú)氣泡。為短暫的過(guò)渡沸騰，很快進(jìn)入核態(tài)沸騰區(qū)。 直線的C段，過(guò)熱度減少，進(jìn)入自然對(duì)流段。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,7-34．如附圖所示，在軋制鋼板的過(guò)程中，當(dāng)鋼板離開最后一

63、副軋滾后，用水（冷卻介質(zhì)）沖射到鋼板上進(jìn)行冷卻，然后再卷板。由于鋼板溫度很高，水膜離開噴嘴不遠(yuǎn)即在其下形成汽膜。不考慮運(yùn)動(dòng)的影響，并把鋼板看成直徑為1.1m的圓柱表面，試估計(jì)每平方米鋼板與水的貼壁射流間的換熱量。鋼板表面的溫度為900K，發(fā)射率為0.50。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,解：膜態(tài)沸騰：,,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,7-49 有一銅水熱管，外徑do

64、=25mm，內(nèi)徑di=21mm，蒸發(fā)段長(zhǎng)度le=0.4m，外壁溫度tw=200℃；冷凝段長(zhǎng)度lc=0.4m，外壁溫度te=199.5℃；絕熱段長(zhǎng)度為0.5m。設(shè)蒸發(fā)段與凝結(jié)段的管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為90W/(m2·K)。蒸發(fā)與凝結(jié)的管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為he=5000W/(m2·K)]，和hc=6000W/(m2·K)]。試計(jì)算該熱管的內(nèi)部熱阻在傳熱過(guò)程總熱阻中的比例。,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,解：查

65、附錄2， tw=200℃時(shí)銅的導(dǎo)熱系數(shù)λ=393W/（m·K）蒸發(fā)段外壁的換熱熱阻R1蒸發(fā)段外壁到內(nèi)壁的導(dǎo)熱熱阻R2,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,蒸發(fā)段換熱熱阻R3 從蒸發(fā)段到冷凝段蒸汽流動(dòng)的壓降所引起的熱阻R4蒸汽的壓降導(dǎo)致飽和溫度下降，這等價(jià)于存在一個(gè)熱阻。但實(shí)際上由于壓降很小，因而所引起的相應(yīng)的溫差也很小，所以R4≈0,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,冷凝段換熱熱阻R5 冷凝段固體壁面導(dǎo)熱

66、熱阻R6冷凝段外管壁與冷流體間的換熱熱阻R7,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,絕熱段固體壁面導(dǎo)熱熱阻R8熱管的內(nèi)部熱阻在傳熱過(guò)程總熱阻中的比例,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,7-50 有一尺寸為10mm×10mm、發(fā)熱量為100W的大規(guī)模集成電路，其表面最高允許溫度不能高于75℃，環(huán)境溫度25℃。試設(shè)計(jì)一臺(tái)能采用自然對(duì)流來(lái)冷卻該電子元件的熱管冷卻器。解：由于熱管自身的熱阻很小，保證集成電路的最高溫度不超過(guò)

67、75℃，可假定自然對(duì)流冷卻段的壁溫等于70℃。熱管蒸發(fā)段的熱能來(lái)自集成電路的發(fā)熱，其長(zhǎng)度不由對(duì)流傳熱決定，由于冷卻器冷卻段的,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,的結(jié)構(gòu)及布置形式?jīng)Q定?？紤]集成電路的尺寸為10mm×10mm ，冷卻段不宜太高，初步確定冷卻段用直徑10mm的多根豎管組成,高度取0.4m。定性溫度為47.5℃。查附錄5得空氣的物性參數(shù)為，λ=0.0283W/（m·K）, ν=17.95×10-6m2

68、/s,Pr=0.698查表6-10，C=0.59,n=1/4,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,自然對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為:取兩管外表面間最小距離為a=11 mm,a/l=11/400=0.028可采用大空間的計(jì)算公式。采用正方形排列，每排6根，共36根，總傳熱量為滿足要求,第七章 凝結(jié)與沸騰換熱—習(xí)題,7-51 一冷、熱流體的流動(dòng)布置如圖所示，可以看成一種特殊的間壁式傳熱器。熱液體從t1’被冷卻到t1’’，而冷卻