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《传热学》实验指导书实验名称：强迫流动单管管外放热系数的测定 实验类型: 验证性实验 学 时：2适用对象: 热动、集控、建环、新能源等专业一、实验目的1.该项实验涉及较多课程知识，测量参数多，如风速、功率、温度，可考查学生的综合能力。
2.测量空气横向流过单管表面的平均表面传热系数h ，并将实验数据整理成准则方程式。
3.学习测量风速、温度、热量的基本技能，了解对流放热的实验研究方法。
二、实验原理根据相似理论，流体受迫外掠物体时的表面传热系数h 与流速、物体几何形状及尺寸、流体物性间的关系可用下列准则方程式描述：),(r e u P R f N =实验研究表明，流体横掠单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式：m n r m n e um P CR N ⋅=式中：m n c ,,均为常数，由实验确定努谢尔特准则---um Nmum hdN λ=---em R 雷诺准则mem d R νμ=---rm P 普朗特准则mnrm P αν=上述各准则中--d 实验管外径，作定性尺寸(米)--μ流体流过实验管外最窄面处流速，（)/s m --λ流体导热系数（)/K m W ⋅--α流体导温系数)/(2s m--ν流体运动粘度)/(2s m --h 表面传热系数)/(2K m W ⋅准则角码m 表示用流体边界层平均温度)(21f w m t t t -=作定性温度。
鉴于实验中流体为空气，rm P =0.7，故准则式可化成：n emum CR N = 本实验的任务在于确定n c 与的数值。
首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压V 、管壁温度w t 、空气温度f t 、测试段动压P 。
至于表面传热系数h 和流速μ在实验中无法直接测量，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查到。
得到一组数据后，即可得一组e R 、u N 值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组e R 、u N 值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。
热工基础第十章思考题答案1何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。
答： q=h（t w-t f），牛顿冷却公式中的 h 为表面传热系数。
表面传热系数的大小反映对流换热的强弱。
2用实例简要说明对流换热的主要影响因素。
答：（ 1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。
而风机中的流体由于受到外力的作用属于强迫对流。
强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。
（2 ）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。
（3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。
（4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对流两种基本导热共同作用的结果。
因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。
（5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。
3对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？答：（1 ）连续性微分方程（2）热量平衡方程（ 1）（ 2）ρ?u+ u ?u+ v?u?p?2u?2u) 动量平衡方程(?x?y ) = F x -?x+ η( +?y2?τ?x2连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的热量平衡方程是根据能量守恒导出的动量平衡方程是根据动量守恒导出的4何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。
答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。
速度达到∞处的 y 值作为边界层的厚度，用δ表示。
当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层。
过于温度 t- t w =（ t∞ - t w）处到壁面的距离为热边界层的厚度。
热工基础第十章思考题答案1 何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。
答：q=h（t w-t f），牛顿冷却公式中的h为表面传热系数。
表面传热系数的大小反映对流换热的强弱。
2 用实例简要说明对流换热的主要影响因素。
答：（1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。
而风机中的流体由于受到外力的作用属于强迫对流。
强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。
（2）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。
（3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。
（4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对流两种基本导热共同作用的结果。
因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。
（5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。
3 对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？答：（1）连续性微分方程（2）热量平衡方程（1）动量平衡方程连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的热量平衡方程是根据能量守恒导出的动量平衡方程是根据动量守恒导出的4 何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。
答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。
速度达到0.99u处的y值作为边界层的厚度，用表示。
∞当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层。
过于温度t-=0.99（t∞-）处到壁面的距离为热边界层的厚度。
5 简述边界层理论的基本内容。
答：（1）边界层的厚度与壁面特征长度L相比是很小的量。
（2）流场划分为边界层区和主流区。
流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散的主要区域。
热工基础张学学思考题答案SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#热工基础第十章思考题答案1 何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。
答：q=h（tw -tf），牛顿冷却公式中的h为表面传热系数。
表面传热系数的大小反映对流换热的强弱。
2 用实例简要说明对流换热的主要影响因素。
答：（1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。
而风机中的流体由于受到外力的作用属于强迫对流。
强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。
（2）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。
（3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。
（4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对流两种基本导热共同作用的结果。
因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。
（5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。
3 对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？答：（1）连续性微分方程（2）热量平衡方程（1）（2）ρ(?u?τ+u?u?x+v?u?y)=F x−?p?x+η(?2u?x2+?2u?y2)动量平衡方程连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的热量平衡方程是根据能量守恒导出的动量平衡方程是根据动量守恒导出的4 何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。
答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。
速度达到∞处的y值作为边界层的厚度，用δ表示。
当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层。
过于温度t-t w=（t∞-t w）处到壁面的距离为热边界层的厚度。
热工基础第十章思考题答案1 何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。
答：q=h（t w-t f），牛顿冷却公式中的h为表面传热系数。
表面传热系数的大小反映对流换热的强弱。
2 用实例简要说明对流换热的主要影响因素。
答：（1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。
而风机中的流体由于受到外力的作用属于强迫对流。
强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。
（2）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。
（3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。
（4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对流两种基本导热共同作用的结果。
因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。
（5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。
3 对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？答：（1）连续性微分方程（2）热量平衡方程（1）（2）动量平衡方程连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的热量平衡方程是根据能量守恒导出的动量平衡方程是根据动量守恒导出的4 何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。
答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。
速度达到0.99u∞处的y值作为边界层的厚度，用表示。
当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层。
过于温度t-=0.99（t∞-）处到壁面的距离为热边界层的厚度。
5 简述边界层理论的基本内容。
答：（1）边界层的厚度与壁面特征长度L相比是很小的量。
（2）流场划分为边界层区和主流区。
流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散的主要区域。
工程热力学与传热学第十章对流换热典型问题分析典型问题一.基本概念分析1在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大？为什么？2对流换热边界层微分方程组是否适用于粘度很大的油和Pr数很小的液态金属。
3对管内强迫对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体换热？4其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大？为什么？二.计算题分析120℃的空气在常压下以10m/s的速度流过平板，板表面温度tw=60℃，求距平板前缘200mm处的速度边界层厚度和温度边界层厚度δ，δt. 以及表面换热系数h, hx和单位宽度的换热量。
2一换热设备的工作条件是：壁温tw=120℃，加热80 ℃的空气，空气流速0.5m/s。
采用一个全盘缩小成原设备1/5的模型来研究它的换热情况。
在模型中亦对空气加热，空气温度tw ‘=10℃，壁面温度30℃。
试问模型中流速u’应多大才能保证与原设备中的换热现象相似。
320℃，14kPa的空气，以150ｍ/s的速度流过长为1ｍ的平板，平板温度保持150℃。
试问平板单位面积的平均热流量是多少？4流量为0.8kg的水在直径为2.5cｍ的管内从35℃加热到40℃，管壁温度为90℃。
试问需要多长的管子才能完成这样的加热？5温度为50℃，压力为1.013×105Pa的空气，平行掠过一块表面温度为100 ℃的平板上表面，平板下表面绝热。
平板沿流动方向长度为0.2ｍ，宽度为0.1ｍ，按平板长度计算的雷诺数为4×104。
试确定：（1）平板表面与空气间的表面传热系数和传热量；（2）如果空气流速增加一倍，压力增加10.13×105Pa，计算表面传热系数和传热量。
6计算一个40Ｗ的白炽灯灯泡在27 ℃的静止空气中的散热，灯泡温度为127℃。
设灯泡可近似为直径50ｍｍ的圆球。
确定自然对流换热在白炽灯功率中所占的百分比。
分析解答一.基本概念分析解答1.答：固体表面处温度梯度最大，在物体表面处温度变化最快。
