1、v例一：對流換熱邊界層微分方程組是否適用于粘性很大的油和Pr數很小的液體金屬？為什么？v解：對于粘度很大的油類，Re數很低，速度邊界層厚度與x為同一數量級，因而動量微分方程中 與 為同一量級，不可忽略，且此時由于xxv速度u和v為同一量級，y方向的動量微分方程不能忽略。v對于液態金屬，Pr很小，速度邊界層厚度與溫度邊界層厚度相比，速度邊界層厚度遠遠小于溫度邊界厚度，在邊界層內 ，因而能量方程中 不可忽略。v因此，對流換熱邊界層微分方程組不適用于粘度大的油和Pr數很小的液態金屬。22ux22uy2222ttxy22txv例二：對管內強制對流換熱，為何采用短管和彎管可以強化流體的換熱？v解：采用短

2、管，主要是利用流體在管內換熱處于入口端邊界層較薄，因而換熱強的特點，即所謂的入口效應，從而強化換熱。而對于彎管，流體流經彎管時，由于離心力作用，在橫截面上產生二次環流，增強了擾動，從而強化了換熱。v例三：其他條件相同時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個的表面傳熱系數大，為什么？v解：橫向沖刷時表面傳熱系數大。因為縱向沖刷時相當于外涼平板的流動，熱邊界層較厚，而橫向沖刷時熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產生的漩渦，增加了流體的擾動，因而換熱強。v例四：在地球表面某實驗室內設計的自然對流換熱實驗，到太空中是否仍然有效，為什么？v解：該實驗到太空中無法得到地面上的實驗結果。因為自然對流是由流體

3、內部的溫度差從而引起密度差并在重力的作用下引起的。在太空中實驗裝置將處于失重狀態，因而無法形成自然對流，所以無法得到預期的實驗結果。v例五：對有限空間的自然對流換熱，有人經過計算得出其Nu數為0.5。請利用所學過的傳熱學知識判別這個結果的正確性。絕熱絕熱thtcv解：以如圖所示的有限空間自然對流為例。如果方腔內的空氣沒有對流，僅存在導熱，則v此時當量的對流換熱量可按下式計算v由于以上兩式： 即Nu1v即方腔內自然對流完全忽略時，依靠純導熱的Nu數將等于1，即Nu數的最小值為1，不會小于1，所以上述結果是不正確的。hcttq hcqh tt1hv例六：電影泰坦尼克號里，男主人公杰克在海水里被凍死

4、而女主人公羅絲卻躺在筏上而幸存下來。試從傳熱學的觀點解釋這一現象。v解：杰克在海水里身體與海水間由于自然對流交換熱量，而羅絲在筏上其身體與空氣之間產生自然對流。在其他條件相同時，水的自然對流強度要遠大于空氣，因此杰克身體由于自然對流散失能量的速度比羅絲快得多。因此杰克被凍死而羅絲卻幸免于難。v例七：一幫情況下粘度大的流體其Pr數也較大。由對流換熱的實驗關聯式Nu=CRemPrn可知（m0,n0），Pr數越大，Nu數也越大，從而h也越大。即粘度大的流體其表面傳熱系數也越高。這與經驗得出的結論相反，為什么？v解：粘度越高時，Pr數越大，但Re數越小。由v一般情況下，對流換熱mn，即n-m0）。從而

5、h減小。413213. 1wslllttlgrhv例九：為什么蒸氣中含有不凝結氣體會影響凝結換熱的強度？v解：不凝結氣體的存在，一方面使凝結表面附近蒸氣的分壓力降低，從而蒸氣飽和溫度降低，使傳熱驅動力即溫差減小；另一方面凝結蒸氣穿過不凝結氣體層到達壁面依靠的是擴散，從而增加了阻力。上述兩個方面的原因使不凝結氣體存在大大降低了表面傳熱系數，使換熱量降低。所以實際冷凝器中要盡量降低并排除不凝結氣體。v例十：空氣橫掠管束時，沿流動方向管排數越多，換熱越強，而蒸氣在水平管束外凝結時，沿液膜流動方向管束排數越多，換熱強度降低。試對上述現象作出解釋。v解：空氣外掠管束時，沿流動方向管排數越多，氣流擾動增加

6、，換熱越強。而蒸氣在管束外凝結時，沿液膜流動方向排數越多，凝結液膜越來越厚，凝結傳熱熱阻越來越大，因而換熱強度降低。v例十一：在電廠動力冷凝器中，主要冷凝介質是水蒸汽，而在制冷劑的冷凝器中，冷凝介質是氟利昂蒸氣。在工程實際中，常常要強化制冷設備中的凝結換熱，而對電廠動力設備一般無需強化。試從傳熱角度加以解釋。v解：相變對流換熱主要依靠潛熱傳遞熱量，而氟利昂的汽化潛熱只有水的約1/10，因此電廠動力冷凝器中水蒸氣的凝結表面換熱系數很大，凝結側熱阻不占主導地位。而制冷設備中氟利昂蒸氣的凝結表面傳熱系數較小，主要熱阻往往在凝結側，因而其強化就有更大現實意義。v例十二：試從沸騰過程分析，為什么用電加熱

7、器加熱時加熱功率 時易發生壁面被燒毀的現象，而采用蒸氣加熱則不會？maxqq v解：用電加熱時，加熱方式是控制表面的熱流密度。而采用蒸氣加熱則是壁面溫度可控制的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當加熱功率q超過qmax值時，工況將沿qmax虛線v跳至穩定膜態沸騰v線，使壁面溫度v飛升，導致設備v燒毀。燒毀點qmaxv4個不同的區域個不同的區域v1、單相自然對流區域。此時、單相自然對流區域。此時t4。在加熱表面上沒有氣泡產生。在加熱表面上沒有氣泡產生。v2、核態沸騰區域。此時、核態沸騰區域。此時4t25，在加熱表面上產生氣泡，換熱，在加熱表面上產生氣泡，換熱溫差小，且產生氣泡的速度小于氣泡脫離加熱

8、表面的速度，氣泡的劇烈溫差小，且產生氣泡的速度小于氣泡脫離加熱表面的速度，氣泡的劇烈擾動使表面傳熱系數和熱流密度都急劇增大，汽化核心對換熱起決定性擾動使表面傳熱系數和熱流密度都急劇增大，汽化核心對換熱起決定性作用，一般工業應用都設計在這一范圍。作用，一般工業應用都設計在這一范圍。v3、過渡沸騰區域。此時、過渡沸騰區域。此時25t200，在加熱表面上形成穩定的汽膜，在加熱表面上形成穩定的汽膜層，相變過程不是發生在壁面上，而是在汽液界面上，但由于蒸氣的導層，相變過程不是發生在壁面上，而是在汽液界面上，但由于蒸氣的導熱系數遠小于液體的導熱系數，因此表面傳熱系數大大降低。而此時壁熱系數遠小于液體的導熱

9、系數，因此表面傳熱系數大大降低。而此時壁面溫度遠高于液體飽和溫度，因此須考慮汽膜內的輻射換熱，所以換熱面溫度遠高于液體飽和溫度，因此須考慮汽膜內的輻射換熱，所以換熱強度又能有所提高。強度又能有所提高。v什么叫臨界熱流密度?為什么當加熱熱流大于臨界熱流密度時會出現沸騰危機?v(1)沸騰過程中，隨著壁面過熱度t的增大，存在自然對流、核態沸騰、不穩定膜態沸騰和膜態沸騰四個階段，臨界熱流密度是從核態沸騰向膜態沸騰轉變過程中所對應的最大熱流密度；(2)當加熱熱流大于臨界熱流密度時，沸騰工況向膜態沸騰過渡，加熱面上有汽泡匯集形成汽膜，將壁面與液體隔開，由于汽膜的熱阻比液體大得多，使換熱系數迅速下降，傳熱惡

10、化；(3)汽膜的存在使壁溫急劇升高，若為控制熱流加熱設備，如電加熱設備，則一旦加熱熱量大于臨界熱流密度，沸騰工況從核態沸騰飛躍到穩定膜態沸騰，壁溫飛升到1000以上(水)，使設備燒毀。）v層流時的對流傳熱系數是否總是小于湍流時的對流傳熱系數?為什么?v在入口段邊界層厚度從零開始增厚，v若采用短管，盡管處于層流工況，由于邊界層較薄，對流換熱系數可以大于紊流狀況。定量計算v例一：15的水以3m/s的速度流過一平板，試計算距平板前緣5cm處的邊界層的質量流量。水 3mls155cmuv解：對于溫度為15的水，其物性參數為：v 1.13*10-3kg/(m.s) 999.8kg/m3v當x=5cm時，

11、對應的雷諾數為v小于Rec5*105，故為層流流動，邊界層厚度為：v如層流邊界層內的速度分布為v則邊界層內的質量流量為53999.8 3 0.05Re1.33 101.13 10 xu x 4115224.644.64 0.056.37 10 mRe(1.33 10 )xxx 33122uyyu051.194kg/s8mudyu v例二：對于掠過平板的流動，應用線性速度分布v v作為x的函數，試導出邊界層厚度的表達式。uyuuu（x）v解：對于平板，邊界層動量積分方程式v將 代入后可得v積分后得00wyduuu udydxy uyu200166 ydduu udyudxdxuuddxyu 22

12、11221212Re123.46ReRexxxxxuxx v例三：20kN/m2、5的空氣以1.5m/s的速度進入一個直徑為2.5cm的圓管，試應用平板的分析，計算從進口到流動充分發展的距離。r0ruX=?D=2.5cm空氣1.5mls520kN/m2v解：在T5278K時，空氣的密度v空氣的粘度系數v 對于平板，由動量積分方程可以得到下述近似解v上式可以寫作v將平板公式用于圓管，令d/2，則可求出入口段長度432 100.2507kg/m287287pRT 51.864 10 kg/(m s) 1212124.64ReRe4.644.64xxxu xx24.64ux22250.2507 1.

13、5 0.0250.1464m2 4.641.864 102 4.64udxv例四：在1個大氣壓下，溫度為30的空氣以45m/s的速度掠過長為0.6m、壁溫為250的平板。試計算單位寬度的平板傳給空氣的總熱量、層流邊界層區域的換熱量和湍流邊界層區域的換熱量。v解：在tm(tw+tf)/2=(250+30)/2=140時，空氣的物性參數為：3.49*10-2W/(m.)；27.8*10-6m2/s;Pr=0.684。于是v由5-42b得：v單位寬度的平板傳給空氣的總熱量為55645 0.6Re9.71 105 1027.8 10mul 415310.8630.037Re871 Pr 0.0379.

14、71 108710.684 1260mNu 223.49 10126073.29/0.6hNuWml73.29 1 0.6250309647WwfQF tt hv臨界雷諾數Rec=5*105，所以由層流邊界層向湍流邊界層過渡的臨界長度為v在層流邊界層區域，由式5-30得v單位寬度平板和空氣的換熱量為v在湍流邊界層區域，單位寬度平板和空氣的換熱量為Re0.309cclmu1111523320.664RePr0.6645 100.684413.69Nu 246.72W/ mchNuCl46.72 1 0.309250303176WlwfQF tt h967431766498WtlQQQv應用舉例v例題例題5-1 離心力場作用下多孔介質物料層中的強制對流換熱離心力場作用下多孔介質物料層中的強制對流換熱如圖所示，溫度為如圖所示，溫度為 流速為流速為U0的流體，流經溫度均勻的固的流體，流經溫度均勻的固體顆粒層，顆粒層厚度為體顆