第八章对流热传递.docVIP

第八章 1. 试述层流边界层和湍流边界层流体与固体壁面之间的传热机理（不计自然对流的影响），并分析两种边界层流体与壁面之间传热机理的异同点。 答：层流边界层传热是分子传热，即导热；湍流边界层传热主要是涡流传热，即由微团旋涡运动引起的传热。 共同点：湍流边界层中也存在一层流内层，该层中的传热方式与层流相同； 不同点：层流边界层不存在缓冲层和湍流核心，所以无涡流传热。 2. 不可压缩流体在平板层流边界层中进行二维稳态流动和二维稳态传热，试应用有关微分方程说明“精确解”方法求解对流传热系数h的步骤。 解：对平板层流边界层中稳态二维流动、二维传热描述的微分方程有 普兰德边界层方程 （1） 连续性方程 （2） 边界层能量方程 （3） 求解h的步骤： （1）用无量纲变量和无量纲流函数将普兰德边界层方程式（1）和（2）化为常微分方程，即 （2）求解上述常微分方程，得到层流边界层内的速度分布； （3）引入和；化简并求解能量方程（3），得到边界层内的温度分布； （4）由解出。 3. 常压和30℃的空气，以10m/s的均匀流速流过一薄平板表面。试用精确解求距平板前缘10cm处的边界层厚度及处的、、、壁面局部曳力系数、平均曳力系数的值。设临界雷诺数。 解：查物性常数表得，常压和30℃空气的物性为 ∵ ∴ 为层流边界层 当时，查表4-1得 4. 常压和394 K的空气由光滑平板壁面流过。壁面温度，空气流速，临界雷诺数。试由近似解求临界长度、该处的速度边界层厚度和温度边界层厚度、局部对流传热系数、层流段的平均对流传热系数。 解：定性温度 查物性常数表得，常压和383.5K下空气的物性为 ∵ ∴ 5. 设平板壁面上层流边界层的速度分布方程和温度分布方程分别为 试应用适当的边界条件求出、、（）各值及速度分布方程和温度分布方程，并从边界层积分动量方程式（4-39）和边界层热流方程式（8-45）出发，推导速度边界层厚度、温度边界层厚度及对流传热系数的表达式并与式（4-51）及式（8-59）进行比较。 解：对于速度分布，所应用的边界条件为 （1）， （2）， （3）， 将此三边界条件代入速度分布式，可得如下联立方程组，即 解之得 于是速度分布方程为 （1） 边界层积分动量方程为式（4-40），即 将式（1）代入式（4-40）得 （2） 令，积分式（2）得 上式进一步积分，得 =5.48 （3） 该式与式（4-51）比较，的计算仅为系数的差别。 对于温速度分布，所应用的边界条件为 （1）， （2）， （3）， 将此三边界条件代入温度分布式，可得如下联立方程组，即 解之得 于是温度分布方程为 （4） 边界层热流方程为式(8-44)，即 （8-44） 假定，将式（1)及式（4）代入式（8-44），并积分得 由于假定，故，，因此上式可以化为 （5） 将式（3）代入式（5），经整理可得 （6） 若温度边界层从开始，即时，，则由式（6）可得 于是式（5）可化为 如若温度边界层从平板前缘开始，则，于是可得 （7） 该结果与式（8-57）基本一致。 距平板前缘x处的局部对流传热系数，仍可采用式（8-5）表达，即