傳熱學第四版課后題答案解析第五章

完美完美WORD格式資料專業(yè)整理分享專業(yè)整理分享第五章復習題、試用簡明的語言說明熱邊界層的概念。答：在壁面附近的一個薄層內，流體溫度在壁面的法線方向上發(fā)生劇烈變化，而在此薄層之外，流體的溫度梯度幾乎為零，固體表面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的這一薄層稱為溫度邊界層或熱邊界層。、與完全的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點是什么？答：與完全的能量方程相比，它忽略了主流方向溫度的次變化率a2A/x2。，因此僅適用于邊界層內，不適用整個流體。、式（一4與導熱問題的第三類邊界條件式（一7有什么區(qū)別？答：h二二|答：h二二|Atdyy式（一4中的是未知量，而式（一7中的是作為已知的邊界條件給出，此外（一7中的M為固體導熱系數(shù)而此式為流體導熱系數(shù)，式（一4將用來導出一個包括的無量綱數(shù)，只是局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而整個換熱表面的表面系數(shù)應該把牛頓冷卻公式應用到整個表面而得出。、式（一4表面，在邊界上垂直壁面的熱量傳遞完全依靠導熱，那么在對流換熱中，流體的流動起什么作用？答：固體表面所形成的邊界層的厚度除了與流體的粘性有關外還與主流區(qū)的速度有關，流動速度越大，邊界層越薄，因此導熱的熱阻也就越小，因此起到影響傳熱大小、對流換熱問題完整的數(shù)字描述應包括什么內容？既然對大多數(shù)實際對流傳熱問題尚無法求得其精確解，那么建立對流換熱問題的數(shù)字描述有什么意義？答：對流換熱問題完整的數(shù)字描述應包括：對流換熱微分方程組及定解條件，定解條件包括，（1初始條件（2邊界條件（速度、壓力及溫度）建立對流換熱問題的數(shù)字描述目的在于找出影響對流換熱中各物理量之間的相互制約關系，每一種關系都必須滿足動量，能量和質量守恒關系，避免在研究遺漏某種物理因素?；靖拍钆c定性分析、對于流體外標平板的流動，試用數(shù)量級分析的方法，從動量方程引出邊界層厚度的如下變化關系式:RTx的如下變化關系式:RTx解：對于流體外標平板的流動，其動量方程為:TOC\o"1-5"\h\zdy du 1dp d2uu—+v—=— +v dxx Sy pdx xy2根據(jù)數(shù)量級的關系，主流方的數(shù)量級為，方線的數(shù)量級為51.1 11 121X-+5X—=-—x-+v一則有 1 5p1 52從上式可以看出等式左側的數(shù)量級為級，那么，等式右側也是數(shù)量級為級，為使等式是數(shù)量級為，則v必須是52量級。5 5x從量級看為1級1 1 1 1 5 = ~ ~——~一■Re:ux.1x1 ￡ 1xx --g- ■ q-v\152 5量級兩量的數(shù)量級相同，所以x與\；Rex成比例對于油、空氣及液態(tài)金屬，分別有尸>>1，尸=1，P?1，試就外標等溫平r r r板的層流流動，畫出三種流體邊界層中速度分布和溫度分布的大致圖象（要能顯示出5與5x的相對大?。＝猓喝缦聢D:、已知：如圖，流體在兩平行平板間作層流充分發(fā)展對流換熱。、已知：如圖，流體在兩平行平板間作層流充分發(fā)展對流換熱。w1;w1;qw2；（）q、=2q,w1 w2；（3q=0； w1求：畫出下列三種情形下充分發(fā)展區(qū)域截面上的流體溫度分布曲線：（）q解：如下圖形:已知：某一電子器件的外殼可以簡化成如圖所示形狀。th>tc。求：定性地畫出空腔截面上空氣流動的圖像。解已知：輸送大電流的導線稱為母線，一種母線的截面形狀如圖所示，內管為導體，其中通以大電流，外管起保護導體的作用。設母線水平走向，內外管間充滿空氣。求：分析內管中所產生的熱量是怎樣散失到周圍環(huán)境的。并定性地畫出截面上空氣流動的圖像。解：散熱方式：（1環(huán)形空間中的空氣自然對流（2內環(huán)與外環(huán)表面間的輻射換熱。已知：如圖，高速飛行部件中廣泛采用的鈍體是一個軸對稱的物體。求：畫出鈍體表面上沿方向的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大致圖像，并分析滯止點附近邊界層流動的狀態(tài)。（層流或湍流）。解：在外掠鈍體的對流換熱中，滯止點處的換熱強度是很高的。該處的流動幾乎總處層流狀態(tài)，對流換熱的強烈程度隨離開滯止點距離的增加而下降。,溫度為七的平板置于來流溫度為℃的氣流中.假設平板表面中某點在垂直

于壁面方向的溫度梯度為 ℃/mm，試確定該處的熱流密度.邊界層概念及分析已知：介質為℃的空氣、水及 號潤滑油，外掠平板邊界層的流動由層流轉變?yōu)橥牧鞯撵`界雷諾數(shù)Re=5X105,u=1m/s。c ， 8求：以上三種介質達到Rec時所需的平板長度。解：（1 ℃的空氣v .10-6m2/sux1XxRe=-^― =5x105xy 15.53X10-6（2 ℃的水y=0,9055X10-6m2/s號潤滑油y=313.7X10-6m2/s-已知：℃的水以項式分布。求：計算離開平板前緣的流速平行地流過一塊平板，邊界層內的流速為三次多及 處的流動邊界層厚度及兩截面上邊界層內流體的質量流量（以垂直于流動方向的單位寬度計）。解：℃的水 y=1.006x10-6m2/s u=2m/scux2X0.01Re=-8—= xy 1.00x10-6小于過渡雷諾數(shù)Rex 按（一28=4.64E=4.64：\u\■ 8,11.006x10-6x0.1, =1.0406x10-3mu 3 y 1 y1=—X=-—X(=)3設u 28 2 88m=J8pud0yfo八u—p—ud—pu0uy8d=pu

ypupu8kg/m23 y2 1Q8 88 8v83刀0-X—--(—)]8

=pu[3°-l]84 8Rex2x0.021.006X10-6（為盡流）vx 1.006x10-6x0.02m=f8pud8=4.64■———4.64, =1.47m=f8pudkg/m2=998.2義2義58—kg/m2、已知：如圖，兩無限大平板之間的流體，由于上板運動而引起的層流粘性流動稱為庫埃流。不計流體中由于粘性而引起的機械能向熱能的轉換。求：流體的速度與溫度分布。解：（）動量方程式簡化為dp--+^dx解：（）動量方程式簡化為dp--+^dxdy2dp=0板速度。平行平板間的流動dx 。積分兩次并代入邊界條件得（）不計及由于粘性而引起機械能向熱能的轉換能量方程為：(St St、pcu—十v（）不計及由于粘性而引起機械能向熱能的轉換能量方程為：(St St、pcu—十vd.x對于所研究的情形，V—0d.x因而得dy2w1t=tw2由此得 w1w2 w1u——+V———V、已知:如圖，外掠平板的邊界層的動量方程式為:、已知:如圖，外掠平板的邊界層的動量方程式為:求：沿方向作積分（從 到y(tǒng)2b）導出邊界層的動量積分方程。解：任一截面做 到y(tǒng)-根據(jù)邊界層概念 8根據(jù)邊界層概念 8,u“uu——dy+u——dy+d.xdy=fvSy2dy故在該處Sx0,Sy2則有0Su7.8Su,——dy+Jv——dy=Sx Sy8S2uV——dy其中。Su, 《——dy=v8uSy-fu——dy由連續(xù)行方程可得二-呼dySx0fv里dy=-fu所以0Sy二-呼dySx0fv里dy=-fu所以0Sy 08Su7 f——dy+JuSx0fv吆dy--v又因為°Sy2“Su'(Sy)y=0()()代入()fSuu——dy-Sx0fSu7,fSu7dy+Ju—~dy二Sx Sx-fu(u-u)dydx80故邊界層的動量積分方程為dx(Su)(Sy)y=0、已知：1.013X105Pa、七的空氣以的速度流過一塊平板，平板fSvr fSu7dy=-dy;vSy Sy 50 0度為七。求：離開平板前緣 及處邊界層上的法向速度、流動邊界層及熱邊界層厚度、求：離開平板前緣 及處邊界層上的法向速度、流動邊界層及熱邊界層厚度、部切應力和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、平均阻力系數(shù)和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。t解：定性溫度t解：定性溫度m100+30公 =652 ℃a Rex=3cma Rex=3cm處， xvf=100X0.87動量邊界層厚度f=4.64X0.03X.538x105)12=0.355mmX=0.029W/(m?K)Pr=0.695v=19.5X10-6m2/sp=1,045kg/m3。， ,0.03x100一 x106=1.538x10519.5.538x105)2=0.2218m/sf=Pr-13f=0.695-13x0.355=0.398mmt二8.61kg:0.323pu2 0.323x1.045x1002二8.61kg:vi.538xvi.538x105=0.332-Re12Pr13=0.332x0.0293x<1,538x105x0.695=112.6W幻2xx 0.03

比擬理論.來流溫度為℃、速度為 空氣沿著平板流動，在距離前沿點為 處的局部切應力為多大？如果平板溫度為℃，該處的對流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是多少？.實驗測得一置于水中的平板某點的切應力為 .如果水溫與平板溫度分別為℃與七，試計算當?shù)氐木植繜崃髅芏?.溫度為 ℃、流速為 的空氣流過溫度為 七的平板.在離開前沿點為處測得局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 ^;fm22(℃)試計算該處的RejNux，j，c之值.、已知：將一塊尺寸為0.2mx0.2m的薄平板平行地置于由風洞造成的均勻氣體流場中。在氣流速度ur40m/s的情況下用測力儀測得，要使平板維持在氣流中需對它施加的力。此時氣流溫度t=20℃,平板兩平面的溫度tw=120℃。氣體壓力為8 W1.013x103Pa。求：試據(jù)比擬理論確定平板兩個表面的對流換熱量。解：0.075/2一 一t解：0.075/2一 一t= =0.9375N/m2=0.9375Pa0.2x0.2 ,邊界層中空氣定性溫度為℃,物性：p=1.029kg/m3,c=1009J/(kg/?K),v=20.02x10-6m2/s,Pr=0.694p利用 比擬：j=-f= Pr2/3j=-f= Pr2/3h2puc8pj=f-=StPr2/3?f-= =—x =5.69x10-4b2 2 2pu/221.029x402/28c:.h=-fpucPr-2/3=5.69x10-4x1.029x40x1009x0.694-2/32 8p=23.6x1.276=30.1W/(m2?K)①二2hA(-t)=2x3.01x0.22x(120-20)=240.9W。w8這說明 比擬對層流運動也是適用的，即適用于平均值也適用于局部值。工程應用.一飛機在 高空飛行，時速為 .該處溫度為℃.把機翼當成一塊平板，試確定離開機翼前沿點多遠的位置上，空氣的流動為充分發(fā)展的湍流？空氣當作干空氣處理..將一條長度為原型 的潛水艇模型放在一閉式風洞中進行阻力試驗.潛水艇水下的最大航速為 ，風洞內氣體的壓力為6x105Pa，模型長，使確定試驗時最大的風速應為多少？潛水艇在水下工作，風洞中的阻力試驗結果能否用于水下工作的潛水艇？.一火車以 的速度前進，受到 的切應力.它由節(jié)機車及節(jié)客車車廂組成.將每節(jié)車廂都看成是由四個平板所組成，車廂的尺寸為 （長）x3mx2.5m