传热学第四版课后题答案第六章.

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1、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

2、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

3、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 Nu数，Pr 数， Gr 数 的物理意义Nu 数与 Bi 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

4、热过程。实物中空气的平均流速为6.03m/s，问模型中的流速应为若干？若模型中的平均表面传热系数为195W/(m 2K) ，求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实物中流体的 Pr 数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值？解：根据相似理论，模型与实物中的 Re应相等空气在 20 C和 200 C 时的物性参数为：20C： 115.0610 6 m 2 / s,1 2.5910 2 W / m K , Pr10.703200 C： 234.8510 6 m 2 / s,23.9310 2 W / m K , Pr20.680由u1llu2 l 212u1( 1 )( l2 )u215.

5、06 8 6.0320.85m / s2ll34.85又Nu1 Nu2得： h2h1( ll )(2)195 13.9336.99W /( m2 K )l2182.59上 述 模 化 试 验 ， 虽 型然 模与 流 体 的Pr 数 并 不 严 格 相 等 ， 但分 相十 近这样的模化试验是用有价实值的。6 2、对于恒壁温边界条件的自然对流，试用量纲分析方法导出：Nuf (Gr , Pr) 。提示：在自然对流换热中gat 起相当于强制对流中流速的作用。解：( gt )cLhM1T 3LT 2MLT3ML 3L2 1T2ML1T1Ln r 7 4 3，( 123 ) 0则各准内涵表达式如下1hLa

6、1b1 c1( gt) d12 La 2 b 2 c2 (gt) d 23cLa 3 b3 c3 ( g t ) d 3展开：1M1T 3 La1M b1b1T 3b1 M c1L c1T c1Ld1T 2d 1M 1b1c11 b1T 3 3b1 c1 2 d1 La1 b1 c1d1解得：b11，c10， d10，a111hL110 (gt )0hL /Nu2ML 3 La2 M b2b 2 Lb 2T 3b 2M c2 L c2T c2 Ld 2T 2d 2M 1b 2c 2 L 3a 2b2c2d 2b 2T 3b2c 2d 2b2，c2，d2，a23/ 2011/ 2各系数乘以 得：

7、22302 0( gt)10g3/3Gr2LtL3L21T 2 La 3M b3b3 Lb 3T 3 b3 M c3 L c3T c3 Ld 3T 2d 3L2 a3 b3 c3 d 31 b 3T 2 3 b3 c3 3 d 3M b3 c 3b3，c3，d 3，0110 a33cL01 1( g t )0c /Pr即原则性准则方程：Nu，f (GrPr)6 3、试用量纲分析法证明，恒壁温情况下导出的Nuf (Gr , Pr) 的关系式对于恒热流边界条件也是合适的，只是此时Gr 数应定义为 Grgql 4 / 2。证明：在习题18 的分析中以q 代替t （因为此时热流密度已知，而t 中的壁温

8、为未知），则有 hf ( gq, l, 1 , cp ,)11h1c1 l d 1 h1hl，仍以, l 为基本变量，则有：；22h2 c2 l d2g qLMT51 2ML 3h2ML 1T 1 c2Ld2 LMT 51L12 3 h2 c2 d2M 12 h2 c2T 5 5 2 c21221 ， c22 ， b22 ， d 242gq122l4g ql 4Gr得2；3h3c3ld3cpc pNu、j3,f Gr Pr。6 4、已知：对于常物性流体横向掠过管束时的对流换热，当流动方向上的排数大于10 时，试验发现，管束的平均表面传热系数h 取决于下列因素：流体速度u ；流体物性、 、 、

9、cp ；几何参数 d、s1、s2 。求：试用量纲分析法证明，此时的对流换热关系式可以整理为：、 、/ dNu f Re Prs1 / d s2解：基本物理量有h、 u、 、 C p 、 d、 s1 、 s2 、共九个，基本量纲有4 个（时间 T 、长度 L 、质量 M 、温度 Q）， n=9 ，=7 。方程有五组，选取u, d, , h 为基本物理量，得：1hu a1d b1c1d12u a2d b2c2d23c p ua3d b3c3d34s1u a 4d b4c4d45s2u a5d b5c5d5dmin hMQ1T3dmin dLd m i nML1T 1dminMLQ 1T 3dm i

10、 un LT 11M 1 c1 d1 Q 1 c1T 3 a1 3c1 d1 La1 b1 c1 d12M 1 c2 d2 Q c2 T a 2 3c2 d 2 L 3 a 2 b2 c2 d23M c3 d3 Q 1 c3 T 2 a3 3 c3 d3 L2 a3 b3 c3 d34M c4 d4 Q c4 T a4 3c4 d4 L1 a4 b4 c4 d45M c5 d5 Q c5 Ta5 3c5 d5 L1 a5 b5 c5 d5上式等号左边为无量纲量， 因此等号右边各量纲的指数必为零（量纲和谐原理） ，故得：1c1d 10c 11c110d 103 a 13 c1d 10a 10a

11、1b1c1d 10b 111c 2d 20c 20c 20d 21a 23 c 2d 20a 213 a 2b 2c 2d 20b 21c 3d 30c 311c 30d 312 a 33 c 3d 30a 302a 3b 3c 3d 30b 30c 4d 40c 40c 40d41a 43 c4d 40a 401 a 4b 4c 4d 40b 40c 5d 50c 50c50d 50a 53 c5d 50a 501 a 5b5c 5d 50b 51因而得：1h u 0d 110ndNu2u1d101udRe/c pu 0 d 011c pPr34s1 u0 d 100s1d5 s2 u 0