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1、传热学作业讲评 对流部分,教师：李俊明 教授 助教：晏玉婷 2014.12.18,对流换热分类,5.3,6.1,6.2,6.3,7,影响对流换热的因素,流动的起因，可以是外部动力引起也可以是流体内部的密度差引起，对应强制对流和自然对流 流动状态，层流换热和湍流换热 换热面几何因素，换热面的形状大小、表面粗糙度等影响流体和壁面见的换热 流体有无相变，一般同种流体发生相变的换热强度比无相变时大得多 流体的物理性质，如密度、动力粘度等,146页14题,已知：水掠过平板， 板长 求：沿程0.1、0.2、0.3、0.45m的局部表面传热 系数 ，以 为纵坐标、 为横坐标作图； 求各点的平均表面传热系数。
2、,流型的判断； 若有未知量，先假设，再校核量,各点的局部和平均表面传热系数,hx随x的变化图,146页18题,已知： 、 、 、L 计算在临界Re数下的hc、全板平均表面传热系数及换热量。（空气）,147页32题,有人设想把南极大冰山拖到10000km外的干旱地区解决淡水问题，冰山可视为长1km，宽0.5km，厚0.25km的大板。 已知拖运速度1km/h，冰块与海水、冰面与空气的温差为10，熔解热3.34105J/kg。 ，冰块侧面积全部归入水下部分。 求：拖运中水上和水下两部分的熔化量及比例。,特征长度,可按外掠平板换热来计算，冰山沿长度方向拖动,水上部分：,水上、水下两部分熔化量之和大于
3、冰块本身的重量，设想不合理！,水下部分：,泰坦尼克号里，为什么杰克在海水中冻死而Rose却因趟在筏上幸存下来？,杰克在海水里其身体与海水之间由于自然对流交换热量而Rose在筏上其身体与空气之间产生自然对流。在其他条件相同时，水里的自然对流强度要远大于空气，因此杰克身体由于自然对流散失能量速度比Rose快得多。所以杰克被冻死而Rose却幸免于难。,147页33题,在相似理论指导下进行实验，研究空气在长圆管内稳态受迫对流换热的规律。 （1）实验涉及的相似准则数。,（2）为得到所涉及的准则数，实验中应直接测量的参数。,注：此处已经给出工质为空气，Pr数可认为不变；h不可以直接测量，对流换热部分的主要
4、目的就是通过理论或实验方法求h。,(5) 绘制lgNu随lgRe变化图,(6) 用准则方程式整理这些数据 幂函数,相似原理表明同一类现象的各相似准则可以关联成一个函数,相似理论,相似的现象，同名相似准则相等：,（流体在壁面处法向无量纲过余温度梯度）,（流体惯性力与粘性力的相对大小）,（流体动量扩散能力与热量扩散能力之比）,（流体浮升力与粘性力的相对大小）,Dittus-Boelter 公式：对于流体与壁温相差不大的情况（水: t30）,适用条件：,对于流体与管壁温度相差较大的情况，将上式乘以修正因子ct ：,对于液体：,液体被加热：n=0.11,液体被冷却：n=0.25,181页17题,适用条
5、件：,齐德泰特（Sieder-Tate)公式,格尼林斯基(Gnilinski)公式（1976）,对于液体：,适用条件：,书中系数错误！,书中条件错误！,注意,定性温度、定型尺寸的选取； 关联式的选用； 根据流型选用 根据适用范围选用 各关联式间的偏差属于正常,181页17题和18题定性温度,17题：壁温维持80常壁温 18题：平均壁温250 ，热流密度恒定常热流,课本 179页对于管内受迫对流的定性温度： 常壁温： 常热流：,182页34题,若用格雷米森（E. D. Grimison）关联式,适用条件：,2 000 Re 40 000, Pr = 0.7, 排数n 10,注意：式中的雷诺数要求
6、采用管间最窄截面处的流速（最大流速），特征尺寸为管外径，定性温度为 ，其中流体温度 tf 应该取管束进、出口温度的算术平均值。,不同关联式的定性温度也不同！,在计及入口效应时，管内流动时的入口效应修正系数大于1，而流体横掠管束时的总管排修正系数却小于1，Why ?,对管内流动，由于入口效应，入口段热边界层较薄，表面传热系数较高，因而要乘以大于1的长度修正系数；对流体横掠管束的流动，管排数越少，后排管束的扰动减小，因而应乘以小于1的修正系数。,可以采用短管或者弯管（在拐弯的地方会产生二次流增加扰动）来强化管内对流换热,183页46题,某实际工程设备是一个水平圆筒，其直径达5.5m，表面温度355
7、，放置在周围空气温度为35的环境中，现需要知道它的自然对流表面传热系数，但因为实际设备太大，只能依靠模化实验研究它的表面自然对流换热，为此需要确定模化实验的圆筒模型最小直径是多少。根据现有条件，有两个模化方案可供选择： 第1方案是：模化实验在空气中进行，模型表面温度为80，室内空气温度控制为20； 第2方案是：圆筒表面温度控制为80，并采用温度为20的水代替空气在水槽中进行实验。 请计算这两个方案模化所用的实验圆筒直径各为多少？并对方案的优缺点进行分析。,183页46题,解：实际设备的计算： 定性温度： 查物性： 体积膨胀系数 恒壁温水平圆筒 紊流！,自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关，称为自模化现象。 紊流换热实验研究可以采用较小的物体进行，只要求实验现象的Ra处于紊流范围。171页,方案一,定性温度：,方案二,定性温度：,205页8题,
