哈工大传热学 第6章对流换热15-17解析

传热学第六章答案解析第六章复习题1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。

凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。

（1）初始条件。

指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。

（2）边界条件。

所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。

（3）几何条件。

换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。

（4）物理条件。

物体的种类与物性。

2．试举出工程技术中应用相似原理的两个例子．3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。

答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。

6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。

答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。

7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。

这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。

8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律．9．简述数数，数，Gr Nu Pr 的物理意义．Bi Nu 数与数有什么区别？ 10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？相似原理与量纲分析6－1 、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用200C 的空气来模拟实物中平均温度为2000C 空气的加热过程。

6. 对流换热基础理论6.1 知识结构1． 对流换热的特点；2． 换热系数h 及其影响因素； 3． 对流换热问题的数学描述：（1） 假设：不可压缩牛顿型流体，常物性，无内热源，忽略粘性耗散； （2） 方程组（换热、能量、动量、质量）各项物理涵义；（3） 平板层流强制对流的精确解（边界层理论，数量级分析简化）； （4） 平板层流强制对流的近似解（边界层理论，边界层积分）。

4． 实验求解方法： （1） 相似原理相似性质：彼此相似的现象，其同名准则必定相等。

相似判据：同类现象，单值性条件相似，同名已定准则相等，则现象相似。

相似解：实验关联式（准则方程式）。

（2） 准则确定方法：方程分析法、量纲分析法。

（3） 实验数据处理：误差分析，作图法求系数，数据回归。

（4） 实验关联式应用条件：适用范围，定性温度，特征尺度，特征流速，修正系数（入口、弯道、特性）。

5． 对流换热中常用准则（Nu 、Re 、Gr 、Pr ）的定义式及其物理涵义。

6.2 重点内容剖析6.2.1 概述对流换热——流体与固体壁面之间的热交换。

t h q t hA ∆=⇒∆=Φ…………（h 的定义式） (6-1) 一、任务求取 h=f （流体、物性、流态、换热面形状等）的具体表达式 二、思路（对流换热量=附壁薄层导热量）()t A h t t A h yt Ax w x y ∆=-=∂∂-=Φ∞=0λ (6-2)()x y x ytt h 0=∂∂∆-=⇒λ (6-3)式中：h x —— 局部表面传热系数λ —— 流体导热系数Δt —— 流体与壁面传热温差求取表面传热系数的问题←求取附面层温度变化率←求取流体温度场三、研究方法1·理论解——建立微分方程组→求解2·实验解—— 相似原理，量纲分析→实验准则→实验关联式四、影响对流换热的因素1· 流动的动力（1） 自然对流——由于流体各部分密度不同而引起的流动，其流动强度与受热不均匀程度、流体性质和空间大小及位置有关。

1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到：a、地面向冰雹导热所得热量；b、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量；c、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。

2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。

白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。

4.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。

就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。

答：暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体；暖气片外壁辐射墙壁辐射人体电热暖气片：电加热后的油对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体红外电热器：红外电热元件辐射人体；红外电热元件辐射墙壁辐射人体电热暖机：电加热器对流换热和辐射加热风对流换热和辐射人体冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射人体太阳照射：阳光辐射人体5．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。

第六章 单相流体对流换热及准则关联式第一节 管内受迫对流换热本章重点：准确掌握准则方程式的适用条件和定性温度、定型尺寸的确定。

1-1 一般分析),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ=流体受迫在管内对流换热时，还应考虑以下因素的影响：① 进口段与充分发展段，② 平均流速与平均温度，③ 物性场的不均匀性，④ 管子的几何特征。

一、进口段与充分发展段1．流体在管内流动的主要特征是，流动存在着两个明显的流动区段，即流动进口（或发展）段和流动充分发展段，如图所示。

（1）从管子进口到边界层汇合处的这段管长内的流动称为管内流动进口段。

（2）进入定型流动的区域称为流动充分发展段。

在流动充分发展段，流体的径向速度分量v 为零，且轴向速度u 不再沿轴向变化，即：0=∂∂xu， 0=v 2．管内的流态（1）如果边界层在管中心处汇合时流体流动仍然保持层流，那么进入充分发展区后也就继续保持层流流动状态，从而构成流体管内层流流动过程。

2300Re <用νdu m =Re 判断流态, 式中 m u 为管内流体的截面平均流速， d 为管子的内直径，ν为流体的运动黏度。

（2）如果边界层在管中心处汇合时流体已经从层流流动完全转变为紊流流动，那么进入充分发展区后就会维持紊流流动状态，从而构成流体管内紊流流动过程。

410Re >（3）如果边界层汇合时正处于流动从层流向紊流过渡的区域，那么其后的流动就会是过渡性的不稳定的流动，称为流体管内过渡流动过程。

410Re 2300<<3．热进口段和热充分发展段当流体温度和管壁温度不同时，在管子的进口区域同时也有热边界层在发展，随着流体向管内深入，热边界层最后也会在管中心汇合，从而进入热充分发展的流动换热区域，在热边界层汇合之前也就必然存在热进口区段。

随着流动从层流变为紊流， 热边界层亦有层流和紊流热边界层之分。

热充分发展段的特征对常物性流体，在常热流和常壁温边界条件下，热充分发展段的特征是：)(1x f t f =及)(2x f t w =与管内任意点的温度),(r x f t =组成的无量纲温度⎪⎪⎭⎫⎝⎛--x f x w w t t t t ,,x ,随管长保持不变，即： 0,,x ,=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--∂∂x f x w w t t t t x 式中，t —管内任意点的温度，),(r x f t = ⇒xf x w w t t tt ,,x ,--仅是r 的函数。

传热学（哈尔滨工程大学）智慧树知到课后章节答案2023年下哈尔滨工程大学第一章测试1.热量传递过程的动力是温度差。

A:对 B:错答案:对2.物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热辐射。

A:错 B:对答案:错3.热能传递规律是指单位时间内所传递的热量(热能的多少)与物体中相应的温度差之间的关系。

A:错 B:对答案:对4.只要有温差存在，就有热能自发地从高温物体向低温物体传递。

A:对 B:错答案:对5.流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流传热。

A:对 B:错答案:对6.下面材料中( )的导热系数最小。

A:瓷砖 B:铜 C:硅藻土砖 D:铁答案:硅藻土砖7.下列( )是物性参数。

A:传热系数 B:表面传热系数 C:导热系数答案:导热系数8.关于传热系数 k下述说法中错误的是( )。

A:传热过程中总传热系数k实际是个平均值 B:总传热系数k可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关 C:要提高k值，可增加冷、热流体侧的表面传热系数 D:要提高k值，可增大壁面材料的导热系数或减小壁厚答案:总传热系数k可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关9.将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空其目的是( )。

A:减少对流换热 B:减少导热与对流换热 C:减少对流与辐射换热 D:减少导热答案:减少导热与对流换热10.常温下，下列物质中( )的导热系数较大。

A:碳钢 B:黄铜 C:不锈钢 D:纯铜答案:纯铜11.表面传热系数的大小取决于( )。

A:流体的导热系数 B:流体的物性 C:流体流速 D:换热表面的形状、大小与布置答案:流体的导热系数;流体的物性;流体流速;换热表面的形状、大小与布置12.热传导的特点有( )。

A:必须有温差 B:只发生在固体中 C:物体直接接触 D:不发生宏观的相对位移答案:必须有温差;物体直接接触;不发生宏观的相对位移13.有关于热对流的说法正确的是( )。

传热学思考题答案（第六章）1、热辐射与导热和对流换热相比有何本质区别？答：1、辐射换热不依靠物质的接触进行热传递，而导热和对流换热都必须由冷、热物体直接接触或通过中间介质接触才能进行。

2、辐射换热过程伴有能量的两次转化，首先是发射物体的内能转化为电磁波向外发射，到达吸收物体时电磁波能又转化为内能。

3、一切物体只要温度高于绝对零度，即T>O K时，都在不断地发射热射线。

对有a 差的两物体，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量;相同温度的物体间仍在进行辐射换热，只是悔物体辐射出去的能量等于吸收的能量。

2、什么叫黑体？在热辐射理论中为什么引入这一概念？答：吸收比a=1的物体叫做黑体，黑体是一个理想化的物体，黑体辐射的特征反映了物体辐射在波长、温度和方向上的变化规律，这位研究实际物体的辐射提供了理论依据和简化分析基础。

3、一个物体，只要温度T>0K就会不断向外界辐射能量，试问它的温度为什么不会因热辐射而降至0K？4、温度均匀的空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特性，那么空腔内部的辐射是否也是黑体辐射？答：空间内壁壁面不一定是黑体辐射，之所以小孔呈现出黑体特性，是因为辐射在空腔内经历了很多次吸收和反射过程，使离开小孔的能量微乎其微。

5、黑体的辐射能按空间方向是怎样分布？定向辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的？答：黑体辐射能按空间方向分布服从兰贝特定律。

定向辐射强度与空间方向无关并不意味着黑体辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的，因为辐射强度是指单位可见面积的辐射能，在不同方向，可见面积是不同的，即定向辐射力是不同的。

6、为什么要引入灰体这样的理想物体？说明引入灰体的简化对工程辐射换热计算的意义。

答：光谱吸收比与波长无关的物体叫做灰体，灰体的吸收比恒等于同温度下的发射率，把实际物体当做灰体如理，可以不必考虑投入辐射的特性，将大大简化辐射换热的计算。