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1、1,1一直径为d = 10mm、长为L = mm、导热系数为 = 20 W/(mK)的金属棒横置于风道中，并通以直流电加热，功率为P200 W。金属棒两端的壁面温度均为tw40 ，风道内风温为tf20 ，风与金属棒壁面对流换热的表面传热系数为h= 40W/(m2K) 。如果不考虑金属棒与风道壁面的辐射换热，试求金属棒中心的温度。,导热,2,解答：,由于,金属棒径向导热热组可以忽略，该问题可以看作具有内热源的一维稳态导热问题。根据对称性，选取一半作为研究对象：,数学模型：,或,3,内热源强度：,2. 一厚度为10mm、边长为1m的方形金属板，其初始温度为80，材料的导热系数为 = 20 W/(m
2、K)、密度为9000 kg/m3、比热容为cp=400J/kgK，迅速将其垂直放入温度为20的水中，水与平板表面的对流换热表面传热系数为h = W/(m2K)。 计算放入水中20秒时金属板表面的温度。,4,解答：,对于水中大平板的非稳态导热，忽略边缘端面的对流换热，可近似为一维非稳态导热，,由于,可以用集总参数法计算。,5,3. 两层平壁内一维稳态导热的温度分布如下图所示，平壁1具有内热源，强度为qv，两平壁材料的导热系数均为常数。试确定： (1) x = x1、x = x2及x = x3处的热流密度及的相对大小； (2) 1和2的相对大小; (3) 平壁1中的内热源强度是正还是负？,6,解答
3、： （1）,所以,因为,所以,7,（2）通过x2面上的热流密度有两种表示方法:,所以,因为,（3）因为 ,所以qv 0 。,或根据导热微分方程,所以 qv 0 。,1.013105Pa下的空气在内径为76mm的直管内流动，入口温度为65，入口体积流量为0.022 m3/s，管壁平均温度为180，空气出口温度为115，求管长。,解题思路：,如何计算h ？,对流换热,判断流态：,定性温度：管内流动流体平均温度为进出口截面平均 温度的算术平均值。,经验关联式的选择：有4个公式可供选择。例如：,迪图斯贝尔特公式：对于流体与壁温相差不大的情况（气体：t50；水: t30；油: t10）,适用条件：,物性
4、场不均匀影响的修正：,气体被加热：,管长的修正：,由于管长未知，cl不能确定。一种可行的处理方法：先按充分发展段计算Nu和h，然后计算l，再考虑管长的修正。,水入口温度10 ，直管内径28mm，外径31mm，入口流速1.6 m/s，管长1.5m，总加热功率为42.05KW，散热损失2，求：1）出口水温；（2）管壁外表面平均温度。,解题思路:,由t1查表可得h1,由h2 查表得t2,思考： （1）如何确定保温层的厚度？ （2）如果已知管内水的流量、温度，管外空 气温度，如何确定散热损失？,14,载人飞船座舱内空气对流换热的 地 面模拟实验方法,检验热控制设计正确性的可靠方法进行地面飞船整体热平衡
5、试验，预测太空飞行时载人飞船座舱内的热状态，主要是温度分布。,载人飞船座舱内的传热方式：导热、辐射换热、舱内空气及热控循环回路中工质（载热体）与壁面间的对流换热。,地面试验和太空飞行时载人飞船座舱内传热过程的主要区别在空气与壁面间的对流换热。,15,地面试验：重力场，强迫对流与自然对流叠加的混合对流换热；,要想在地面航天器整体热平衡试验时准确预测太空飞行时座舱内的热状态，关键是如何克服重力场的影响，保证在地面实验时座舱内空气的对流换热与太空飞行时相似或完全相同。,太空飞行：微重力场（g=10-3g)，纯强迫对流换热.,16,1. 座舱内空气对流换热的相似分析,假定座舱内空气为常物性、不可压缩的
6、牛顿流体，无内热源，对流换热的数学模型,17,根据相似理论，两个对流换热相似的条件：,（1）同类现象；,（2）单值性条件相似；,（3）同名已定特征数相等。,由于利用飞船座舱原型进行地面试验，舱内同样是空气，在温度范围相同，压力变化不太大的情况下，可认为、及Pr相同，可得,由于,18,2. 座舱内空气对流换热的近似模拟试验方法,根据动量微分方程,如果 很小,在宇航员活动区，,根据,结论：地面试验舱内流速应大于1.83m/s，压力应小于0.273大气压。,19,3. 近似地面模拟试验方法的偏差,太空飞行时仪器区的风速只有0.10.3m/s，T与L和宇航员区不同，不能满足,例如：,因此，一些流速较低、温差较大的区域，自然对流的影响不能忽略，地面试验结果会和太空飞行时有很大偏差，必须对近似地面模拟试验方法的偏差有准确的预测。预测方法来源于对空气混合对流换热规律的正确认识。,20,4. 近似地面试验偏差的预测方法 数值模拟,21,
