习题：对流换热..ppt

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1、习题课习题课对流传热部分对流传热部分例例1：温温度度为为30的的空空气气以以0.5m/s的的速速度度平平行行掠掠过过长长250mm、温温度度为为50的的平平板板，试试求求出出平平板板末末端端流流动动边边界界层层和和热热边边界界层层的的厚厚度度及及空空气气与与单单位位宽宽度度平板的换热量。平板的换热量。解：边界层的平均温度都为解：边界层的平均温度都为 空气空气40的物性参数分别为的物性参数分别为v=16.96x10-6m2/s,=2.76x102W/m.k,Pr=0.699,在离平板前沿在离平板前沿250mm处，雷诺数为处，雷诺数为 边界层为边界层为层流。层流。流动边界层的厚度为流动边界层的厚度

2、为 热边界层的厚度为热边界层的厚度为 可见，空气的热边界层比流动边界层略厚。可见，空气的热边界层比流动边界层略厚。整个平板的平均表面传热系数整个平板的平均表面传热系数 1m宽平板与空气的换热量为宽平板与空气的换热量为 例例2：在在一一冷冷凝凝器器中中，冷冷却却水水以以1m/s的的流流速速流流过过内内径径为为10mm、长长度度为为3m的的铜铜管管，冷冷却却水水的的进进、出出口口温温度度分分别别为为15和和65，试试计计算算管管内内的表面传热系数。的表面传热系数。查附录查附录9（P563）得水的物性参数）得水的物性参数解：解：冷却水的平均温度为冷却水的平均温度为 管内雷诺数为管内雷诺数为 管内流动

3、为旺盛紊流管内流动为旺盛紊流在式（在式（615）的范围内，故所求的）的范围内，故所求的h即为本题答案即为本题答案例例3：将机翼近似当作沿飞行方向长为：将机翼近似当作沿飞行方向长为2m的平的平板，飞机以板，飞机以100m/s的速度飞行，空气的压力为的速度飞行，空气的压力为1a tm、温度为温度为0，如果机翼表面吸收太阳的，如果机翼表面吸收太阳的能量为能量为750 W/m2，试在设定机翼温度是均匀的试在设定机翼温度是均匀的条件下确定机翼热稳态下的温度。条件下确定机翼热稳态下的温度。解解 由于机翼温度由于机翼温度Tw待求，故先取流体温度作待求，故先取流体温度作为为定性温度定性温度。在。在T=0时空气

4、的物性参数为：时空气的物性参数为：=2.44 10-2 W/m，=13.28 10-6 m2/s，Pr=0.707。空气密度空气密度=1.293 kg/m3。空气流过机翼的雷诺数为空气流过机翼的雷诺数为Re=u l/=15.06 106 已进入紊已进入紊流边界层。利用流过平板的紊流计算公式流边界层。利用流过平板的紊流计算公式:P217,5-35b由由热平衡热平衡有有h(Tw T)=qr解出机翼温度为解出机翼温度为tw=3.38。重新取定性温度重新取定性温度为为tm=(tw+t)/2=1.69，与以上所取与以上所取定性温度相差不大，空气的物性参数变化甚小，不需重定性温度相差不大，空气的物性参数变

5、化甚小，不需重新计算，故机翼温度为新计算，故机翼温度为3.38。于是于是表面传热系数表面传热系数为：为：例例4：一通有电流的直径为一通有电流的直径为0.2 mm的金属丝，的金属丝，被被20的空气以的空气以30 m/s的速度横向垂直吹过。的速度横向垂直吹过。由金属的电阻推知，金属丝的温度为由金属的电阻推知，金属丝的温度为21.5。改变气流速度，使金属丝的温度变成改变气流速度，使金属丝的温度变成23.6。求这时的气流速度。求这时的气流速度。解解 流体横掠单管问题流体横掠单管问题由由tm=20.75查查得得空空气气物物性性值值：=0.0259 w/(m)，=15.06 10-6m2/s,Pr=0.7

6、03。计算计算Re=ud/=398.4，P258 得：得：速度改变后速度改变后 仍采用原来的系数取值有仍采用原来的系数取值有 解得解得Rem=59.4，从而流速，从而流速 例例5：长长1 m、宽、宽1 m的平板竖直放置在的平板竖直放置在20的的空气中，板的一侧表面绝热，而另一侧表面的空气中，板的一侧表面绝热，而另一侧表面的温度保持在温度保持在60。求该板的对流散热量。如该。求该板的对流散热量。如该板未绝热的一侧水平朝上或朝下放置，此时该板未绝热的一侧水平朝上或朝下放置，此时该板的自然对流散热量又将是多少？板的自然对流散热量又将是多少？解解 定性温度定性温度tm，由由(60+20)/2=40 查

7、空气查空气的物性值：的物性值：m=16.96 10-6 m2/s，m=0.0276 W/(m)，Prm=0.699 P269 查得，查得，C=0.0292，n=0.39对流散热量为对流散热量为 竖放：竖放：水平朝上放置（热面向上），特征长度水平朝上放置（热面向上），特征长度l=0.25m,P270得得对流散热量为对流散热量为 水平朝下放置（热面向下）水平朝下放置（热面向下）对流散热量为对流散热量为 例例6：为减少热损失，我国东北地区常采用两为减少热损失，我国东北地区常采用两层玻璃窗，窗子尺寸为层玻璃窗，窗子尺寸为1.2 1.3 m2，两层间的两层间的距离为距离为120 mm，测得它们的温度分别为测得它们的温度分别为10 和和 10。试计算通过夹层的热损失。试计算通过夹层的热损失。由由tm=00，查得空气的物性参数为查得空气的物性参数为=2.44 10-2W/(m),),=13.28 10-6 m2/s，Pr=0.707。解解，有限空间自然对流传热问题，有限空间自然对流传热问题，P272，定性温度，定性温度tm，特征尺寸两表面间的距离，特征尺寸两表面间的距离d d用竖夹层公式用竖夹层公式,P273 查得，查得，对流散热量为对流散热量为