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
6－13、已知：一直管内径为16cm ，流体流速为1.5m/s ，平均温度为10℃，换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于10℃，流体被加热。
求：试比较当流体分别为氟利昂134a 及水时对流换热表面传热系数的相对大小。 解：由附录10及13，10℃下水及R134a 的物性参数各为：
R134a ：
() 3.915Pr ,/102018.0,/0888.02
6=⨯=⋅=-s m K m W νλ； 水：
()52.9Pr ,/10306.1,/574.02
6=⨯=⋅=-s m K m W νλ； 对R134a ：
()
K
m W h ⋅=⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯=
24.08.056/3.2531016.00888
.0915.3118930023.0,
101893.1102018
.0016
.05.1Re 对水：
()
K
m W ⋅=⨯⨯⨯==⨯⨯=
24.00.86/5241016.0574
.052.9183760.023h ,
1837610306
.1016
.05.1Re 对此情形，R134a 的对流换热系数仅为水的38.2%。
6－14、已知：Pa 510013.1⨯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s m /022.03
，管壁的平均温度为180℃。
求：管子多长才能使空气加热到115℃。
解：定性温度
902115
65=+=
f t ℃，相应的物性值为：3
/972.0m kg =ρ
()()()690
.0Pr ,/105.21,/1013.3,/009.162=⋅⨯=⋅⨯=⋅=--s m kg K m W K kg kJ c p μλ 在入口温度下，3
/0045.1m kg =ρ，故进口质量流量：
s kg m kg s m m
/10298.2/0045.1/022.0233-⨯=⨯= ， 4
6
210179065.21076.01416.31010298.244Re >=⨯⨯⨯⨯⨯==-μπd m ，先按60/>d l 计，
()K m W h Nu ⋅=⨯=
=⨯⨯=24.08.00/62.20076
.00313
.008.50,08.5069.017906023.0 空气在115 ℃时，
()
K kg kJ c p ⋅=/009.1，65℃时，
()
K kg kJ c p ⋅=/007.1。
故加热空气所需热量为：
()()
W t c t c m p p 3
.11626510007.111510009.102298.03
3''""=⨯⨯-⨯⨯⨯=-=Φ
采用教材P165上所给的大温差修正关系式：
885
.04533631802739027353
.053
.053
.0=⎪⎭
⎫ ⎝⎛=⎪⎭
⎫ ⎝⎛++=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=w f
t T
T c 。
所需管长：
()()m
t t dh l f w 96.290180885.062.20076.01416.33
.1162==⨯⨯⨯⨯=-Φ=
π
606.38076.0/96.2/<==d l ，需进行短管修正。采用式（5-64）的关系式：
()
0775.1/17
.0=+=l d c f ，∴所需管长为2.96/1.0775=2.75m 。
6－16、已知：初温为30℃的水，以0.875kg/s 的流量流经一套管式换热器的环形空间。
该环形空间的内管外壁温维持在100℃，换热器外壳绝热，内管外径为40mm ，外管内径为60mm 。
求：把水加热到50℃时的套管长度。在管子出口截面处的局部热流密度是多少？
解：定性温度40250
30=+=
f t ℃，
查得：
()()()mm d D K kg J c s m kg K m W p 204060d ,
4.31Pr ,/4147,/103.653,/63
5.0c 6=-=-==⋅=⋅⨯=⋅=-μλ ()()
16702103.65304.006.01416.302
.0857.044Re 6
2222=⨯⨯-⨯⨯⨯=-=-μπd D d m c ，
()s m kg w ⋅⨯=-/105.2826μ，流体被加热，按式（5-56），有：
()
()
1
.1155.282/3.65331.416702027.0/Pr Re 027,011
.03/18.011
.03/18.0=⨯⨯=⨯⨯=w f f Nu μμ()
K
m W h ⋅=⨯=2/4.365402.0635.01.115。
由热平衡式()
()()f w f w p t t dlh t t Ah t t m c -=-=-π'" ，得：
()()()
()m t t dh t t m
c l f
w
p 2.2301004.365404.01416.33050857.04174'"=-⨯⨯⨯-⨯⨯=--=
π 。
管子出口处局部热流密度为()2
/183501004.3654m kW t h q =-⨯=∆=
6-19、已知：水以1.2m/s 平均速度流入内径为20mm 的长直管。（1）管子壁温为75℃，
水从20℃加热到70℃；（2）管子壁温为15℃，水从70℃冷却到20℃。 求：两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。
解：s m w /2.1= m d 020.0=
