传热学第三章对流传热.pdf

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1、传热学第三章对流传热 一、名词解释 1 速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。2 温度边界层：在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。3 定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。4 特征尺度：对于对流传热起决定作用的几何尺寸。5 相似准则(如 Nu,Re,Pr,Gr,Ra)：由几个变量组成的无量纲的组合量。6 强迫对流传热：由于机械(泵或风机等)的作用或其它压差而引起的相对运动。7 自然对流传热：流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动。8 大空间自然对流传热：传热面上边界层的形成和发展不受周围物体的干扰时的自然对流传热。9 珠状凝结：当凝结液不能润湿壁面(90)时，凝结液

2、在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜。10 膜状凝结：当液体能润湿壁面时，凝结液和壁面的润湿角(液体与壁面交界处的切面经液体到壁面的交角)90，凝结液在壁面上形成一层完整的液膜。11 核态沸腾：在加热面上产生汽泡，换热温差小，且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热表面的速度，汽泡的剧烈扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增加。12 膜态沸腾：在加热表面上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽的导热系数远小于液体的导热系数，因此表面传热系数大大下降。二、填空题 1 影响自然对流传热系数的主要因素有：、。(流动起因，流动速度，流体有无相变，壁面的几何形状、大小和位置，流

3、体的热物理性质)2 速度边界层是指 。（在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。）温度边界层是指 。（在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。）3 流体刚刚流入恒壁温的管道作层流传热时，其局部对流传热系数沿管长逐渐 ，这是由于 。（减小，边界层厚度沿管长逐渐增厚）4 温度边界层越 对流传热系数越小，强化传热应使温度边界层越 。（厚，簿）5 流体流过弯曲的管道或螺旋管时，对流传热系数会 ，这是由于 。（增大，离心力的作用产生了二次环流增强了扰动）6 流体横掠管束时，一般情况下，布置的平均对流传热系数要比 布置时高。（叉排，顺排）7 管外流动传热，有纵向冲刷和横向冲刷之分，在其他条件相同时，

4、以 向冲刷方向传热更为强烈。（横向）8 对流传热微分方程式的表达式为 。其中，x 是 ，是 ，t 是 ，0yyt是 。（0yxytth，局部换热系数，流体导热系数，主流流体温度与壁温之差，贴壁处流体的法向温度变化率）9 纯净饱和蒸气膜状凝结的主要热阻是 。（液膜的导热热阻）10 大容器饱和沸腾曲线可分为 、四个区域，其中 具有温差小、热流大的传热特点。（自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾，核态沸腾）11 雷诺比拟采用 模型，其结果在Pr 条件下与实验解相吻合.（单层，1）12 沸腾的临界热通量是指 。（当壁面过热度大到某一程度时，汽泡来不及脱离加热面而开始连成不稳定的汽膜，即由核态沸腾开始

5、向膜态沸腾过渡，出现临界点的热流密度）13 格 拉 晓 夫 准 则 的 物 理 意 义 ；表 达 式Gr 。（流体流动时浮升力与粘滞力之比的无量纲量，23cvtlg）14 减小管内湍流对流传热热阻的方法有 、。（增加流速，采用短管。改变流体物性，增加换热面积，扰流，采用导热系数大的流体 用小管径等）15 反映对流传热强度的准则称为 准则。（努塞尔）16 普 朗 特 准 则 Pr 的 数 学 表 达 式 为 ，它 表 征 了 的相对大小。（/a，动量传递与热量传递）17 管内充分发展湍流的传热系数与平均流速 U 的 次方成 比.，与内径D 的 次方成 比。（08，正，02，反）18 大空间自然对

6、流处于湍流状态时有自模化特征，此时传热系数与 无关。（尺寸）19 自然对流传热在 条件下发生关于特征尺度 L 的自模化现象.。（湍流）20 在蒸汽的凝结过程中，凝结的传热系数大于 凝结。（珠状，膜状）21 自然对流传热是指 。（流体在浮升力作用下的对流传热）22 管槽内对流传热的入口效应是指 。（流体入口段由于热边界层较薄而具有较高的对流传热系数）23 流体在大空间沿竖壁作自然对流传热时，对于湍流工况，其对流传热系数正比于竖壁高度的 次方。（0）24 大容器沸腾曲线分为 、四个区段。（自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾）三、选择题 1 下列各参数中，属于物性参数的是：（1）传热系数 K（2

7、）吸收率（3）普朗特数Pr（4）传热系数 hc 2 流体纯自然对流传热的准则方程可写成(1)Nuf(Re，Pr)(2)Nuf(Gr，Pr)(3)Nuf(Re，Gr，Pr)(4)Nuf(Bi，Fo)3 流体掠过平板对流传热时，在下列边界层各区中，温度降主要发生在：(1)主流区 (2)湍流边界层 (3)层流底层(4)缓冲区 (5)湍流核心区 4 空气自然对流传热系数与强迫对流时的对流传热系数相比：(1)要小的多 (2)要大得多(3)十分接近 (4)不可比较 5 沸腾的临界热流量 qc是：（1）从过冷沸腾过渡到饱和沸腾的转折点（2）从自由流动过渡到核态沸腾的转折点（3）从核态沸腾过渡到膜态沸腾的转折

8、点（4）从不稳定膜态沸腾过渡到稳定膜态沸腾的转折点 6 流体在大空间沿竖壁自然对流传热时，在湍流状态下；对流传热系数正比于竖壁高度的()(1)0次方 (2)0.8 次方 (3)l/4 次方 (4)l/3 次方 7 液体沸腾时，汽泡内的压力大于汽泡外液体的压力，主要由于下列哪个因素造成的?(1)传热温差 (2)表面张力 (3)浮升力 (4)重力 8 定型准则是指：(1)包含定型尺寸的准则 (2)全部由已知量构成的准则(3)含有待求量的准则 (4)待定准则 9 工程中，较为常用的沸腾工况是指：(1)膜态沸腾 (2)核态沸腾 (3)自然对流沸腾（4）以上都不是 10 下述哪种手段对提高对流传热系数无

9、效?(1)提高流速 (2)增大管径(3)采用入口效应 (4)采用导热系数大的流体 11 已知某气体的密度为 1.26kg/m3，比热为 1.02kJ/(kgK)，导热系数为0.025W/(mK)，粘度为 15.110-6m2/s，其 Pr(普朗特)准则数为多少?()(1)0.78 (2)0.02 (3)0.7 (4)0.62 12 Nu(努谢尔特)准则反映：()(1)惯性力和粘滞力的相对大小 (2)对流传热强度(3)浮升力和粘滞力的相对大小 (4)导热能力大小 13 描述浮升力与黏滞力的相对大小的准则数称为：（1）Re (2)Gr (3)Pr (4)Ra 14 当管长远大于管径时，圆管横向布置

10、时的管外膜状凝结传热系数与竖放时相比如何?（1）横放时大（2）两者差不多（3）竖放时大（4）无法比较 15 无量纲组合23tlgv称为什么准则？(1)雷诺 Re (2)普朗特 Pr(3)努谢尔特 Nu (4)格拉晓夫Gr 16 判断管内湍流强制对流是否需要进行人口效应修正的依据是什么?(1)l/d70 (2)Re104(3)l/d50 (4)l/d104 17 对流传热以 作为基本计算式。(1)傅里叶定律 (2)牛顿冷却公式(3)普朗克定律 (4)欧姆定律 18 从传热角度看，下面几种冷却方式中，哪种方式的冷却效果会最好?(1)水冷 (2)氢冷 (3)气冷 (4)水沸腾冷却 19 相变传热的特

11、征为 。(1)工质比体积变化较大 (2)汽化潜热 (3)(1)+(2)(4)工质比体积较大 20 冷却液润湿壁面的能力取决于 。(1)液体的表面张力 (2)液体与壁面间的附着力 (3)(1)+(2)(4)(1)或(2)21 在饱和沸腾时，随着 的增高，将会出现 个换热规律全然不同的区域。(1)壁面过热度，4 (2)壁面过热度，6 (3)热流密度，4 (4)热流密度，6 22对流传热微分方程组共有几类方程？(1)2 (2)3 (3)4 (4)5 23 凝结液能很好的润湿壁面，形成完整的膜向下流动，称为 。(1)凝结 (2)膜状凝结 (3)珠状凝结 (4)稳态凝结 24下列哪个不是影响对流传热的主

12、要因素？(1)流动起因；(2)tw；(3)；(4)换热面的几何形状。25对于 Pr 数，下列说法哪个是错误的？(1)它是动力粘度与热扩散率的比值；(2)它是研究对流传热最常用的重要准则；(3)对于层流流动，当 Pr=1 时，=t；(4)它反映了流体中热量扩散和动量扩散的相对程度。26自由对流传热的流态主要取决于 的数值。(1)Pr (2)Fo (3)Re (4)Gr 27 如果流体的流动是由流体内部温差产生的密度差引起的，称为 。(1)强迫对流(2)自由运动(3)湍流对流(4)层流对流 28对流传热微分方程组包括 。、付立叶定律 、对流传热微分方程 、基尔霍夫定律 、连续性方程 、动量微分方程

13、 、能量微分方程(1)(2)(3)(4)29Num其特征温度为 。(1)流体温度 (2)平均温度 (3)壁面温度 (4)不定 30当流体外掠圆管时，10Re5105.1其边界层为 ，脱体发生在 处。其局部换热系数到达最 值。(1)湍流，1400，低 (2)层流，1400，高 (3)湍流，820，低 (4)层流，820，低 31自然对流传热的准则方程为 。(1)14.031PrRe86.1wfefffLdNu(2).3121PrRe664.0mmmNu(3)31Pr)(53.0GrNum (4).31Pr.943.0JaGaNum 32影响膜状换热系数的主要因素是 。(1)蒸汽流速 (2)不凝结

14、气体 (3)表面粗糙度 (4)(1)+(2)四、简答题 1 影响强迫对流传热的流体物性有哪些?它们分别对对流传热系数有什么影响?（提示：影响强迫对流换热系数的因素及其影响情况可以通过分析强迫对流传热实验关联式，将各无量纲量展开整理后加以表述。）2 试举几个强化管内强迫对流传热的方法(至少五个)。（提示：通过分析强迫对流换热系数的影响因素及增强扰动、采用人口效应和弯管效应等措施来提出一些强化手段，如增大流速、采用机械搅拌等。）3 试比较强迫对流横掠管束传热中管束叉排与顺排的优缺点。（提示：强迫对流横掠管束换热中，管束叉排与顺排的优缺点主要可以从换热强度和流 动阻力两方面加以阐述：(1)管束叉排使

15、流体在弯曲的通道中流动，流体扰动剧烈，对流换热系数较大，同时流动阻力也较大；(2)顺排管束中流体在较为平直的通道中流动，扰动较弱，对流换热系数小于叉排管束，其流阻也较小；(3)顺排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。）4 为什么横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷相比，横向冲刷的传热系数大?（提示：从边界层理论的角度加以阐述：纵向冲刷容易形成较厚的边界层，其层流层较厚 且不易破坏。有三个因素造成横向冲刷比纵向冲刷的换热系数大：弯曲的表面引起复杂的流动，边界层较薄且不易稳定；管径小，流体到第二个管子时易造成强烈扰动；流体直接冲击换热表面。）5 为什么电厂凝汽器中，水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射

16、传热?（提示：可以从以下 3 个方面加以阐述：(1)在电厂凝汽器中，水蒸气在管壁上凝结，凝结换热系数约为 450018000W(m2K)，对流换热量很大；(2)水蒸气与壁面之间的温差较小，因而辐射换热量较小；(3)与对流换热相比，辐射换热所占的份额可以忽略不计。）6 用准则方程式计算管内湍流对流传热系数时，对短管为什么要进行修正?（提示：从热边界层厚度方面加以阐述：(1)在入口段，边界层的形成过程一般由薄变厚；(2)边界层的变化引起换热系数由大到小变化，考虑到流型的变化，局部长度上可有波动，但总体上在入口段的换热较强（管长修正系数大于 1）；(3)当 ld50(或 60)时，短管的上述影响可忽

17、略不计，当 ld50(或 60)时，则必须考虑入口段的影响。7 层流时的对流传热系数是否总是小于湍流时的对流传热系数?为什么?（提示：该问题同样可以从入口效应角度加以阐述。在入口段边界层厚度从零开始增厚，若采用短管，尽管处于层流工况，由于边界层较薄，对流换热系数可以大于紊流状况。）8 什么叫临界热流密度?为什么当加热热流大于临界热流密度时会出现沸腾危机?（提示：用大容器饱和沸腾曲线解释之。以大容器饱和沸腾为例，(1)沸腾过程中，随着壁面过热度t 的增大，存在自然对流、核态沸腾、不稳定膜态沸腾和膜态沸腾四个阶段，临界热流密度是从核态沸腾向膜态沸腾转变过程中所对应的最大热流密度；(2)当加热热流大

18、于临界热流密度时，沸腾工况向膜态沸腾过渡，加热面上有汽泡汇集形成汽膜，将壁面与液体隔开，由于汽膜的热阻比液体大得多，使换热系数迅速下降，传热恶化；(3)汽膜的存在使壁温急剧升高，若为控制热流加热设备，如电加热设备，则一旦加热热量大于临界热流密度，沸腾工况从核态沸腾飞跃到稳定膜态沸腾，壁温飞升到 1000以上(水)，使设备烧毁。）9 试述不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。（提示：少量不凝性气体的存在就将使凝结换热系数减小，这可以从换热热阻增加和蒸 汽饱和温度下降两方面加以阐述。(1)含有不凝性气体的蒸汽凝结时在液膜表面会逐渐积聚起不凝性气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加；(2)随着蒸汽的凝结，液膜表面气体分压力增大，使凝结蒸汽的分压力降低，液膜表面蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差，削弱了凝结换热。）