传热学第三章对流传热.docx

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传热学第三章对流传热

传热学第三章对流传热

一、名词解释

1•速度边界层：

在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。

2.温度边界层：

在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。

3.定性温度：

确定换热过程中流体物性的温度。

4.特征尺度：

对于对流传热起决定作用的几何尺寸。

5.相似准那么〔如Nu,Re,Pr,Gr,Ra〕:

由几个变量组成的无量纲的组合量。

6.强迫对流传热：

由于机械〔泵或风机等〕的作用或其它压差而引起的相对运动。

7.自然对流传热：

流体各局部之间由于密度差而引起的相对运动。

8.大空间自然对流传热：

传热面上边界层的形成和开展不受周围物体的干扰时的自然对流传热。

9.珠状凝结：

当凝结液不能润湿壁面〔9>90?

〕时，凝结液在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜。

10.膜状凝结：

当液体能润湿壁面时，凝结液和壁面的润湿角〔液体与壁面交

界处的切面经液体到壁面的交角〕9<90?

凝结液在壁面上形成一层完整的液膜。

11・核态沸腌：

在加热面上产生汽泡，换热温差小，且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热外表的速度，汽泡的剧烈扰动使外表传热系数和热流密度都急剧增加。

12.膜态沸腌:

在加热外表上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽;的导热系数远小于液体的导热系数，因此外表传热系数大大下降。

二、填空题

1.影响自然对流传热系数的主要因素

有：

x'.、'

O

〔流动起因，流动速度，流体有无相变，壁面的几何形状、大小和位置，流体的热物理性质〕

2.速度边界层是指。

〔在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。

〕温度边界层是指

〔在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。

〕

3.流体刚刚流入恒壁温的管道作层流传热时，其局部对流传热系数沿管长逐

渐，这是由于。

〔减小，边界层厚度沿管长逐渐增厚〕

4.温度边界层越对流传热系数越小，强化传热应使温度边界层

〔厚，簿〕

5.流体流过弯

曲的管道或螺旋管时，对流传热系数会，这是由

于。

〔增大，离心力的作用产生了二次环流增强了扰动〕

6.流体横掠管束时，_般情

况下，布置的平均对流传热系

数要比布置时高。

〔叉排，丿

7.管外流动传热，有纵向冲刷和横向冲刷之分，在其他条件相同时，以向冲刷方向传热更为强烈。

〔横向〕

8.对流传热微分方程式的表达式

为。

其中，aX是

入是，△t是，—是0

yy0

〔h,-，局部换热系数，流体导热系数，主流流体温度与壁温之

tyyo

差，贴壁处流体的法向温度变化率〕

9.纯洁饱和

蒸气膜状凝结的主要热阻是0

〔液膜的导热热阻〕

10.大容器饱和沸脸曲线可分为、、、

四个区域，其中具有温差小、热流大的传热特点。

〔自然对流、核态沸腾、过渡沸腐、膜态沸腾，核态沸腾〕

11•雷诺比较采用模型，其结果在Pr=条件下与实验

解相吻合*

〔单层，1〕

12.沸脸的临界热通量是指。

〔当壁面过热度大到某一程度时，汽泡来不及脱离加热面而开始连成不稳定的汽膜，即由核态沸脸开始向膜态沸脸过渡，出现临界点的热流密度〕

13.格拉晓夫准那么的物理意义;表达式Gr

=0

〔流体流动时浮升力与粘滞力之比的无量纲量,

14.减小管内湍流对流传热热阻的方法

人有、、、0

〔增加流速，采用短管。

改变流体物性，增加换热面积，扰流，采用导热系数大的流体用小管径等〕

15.反映对流传热强度的准贝卩称为准贝卩。

〔努塞尔〕

16.普朗特准那么Pr的数学表达式为，它表征了

的相对大小。

〔v/a,动量传递与热量传递〕

17.管内充分开展湍流的传热系数与平均流速U的次方成

比.，与内径D的次方成比。

〔0.8,正，0.2,反〕

18.大空间自然对流处于湍流状态时有自模化特征，此时传热系数与无矢。

（尺寸）

19.自然对流传热在条件下发生矢于特征尺度L的自模化现象.

（湍流）

20.在蒸汽的凝结过程中，凝结的传热系数大于

凝结。

（珠状，膜状）

21.自然对流传热是

扌旨。

（流体在浮升力作用下的对流传热）

22.管槽内对流传热的入口效应是指o

（流体入口段由于热边界层较薄而具有较高的对流传热系数）

23.流体在大空间沿竖壁作自然对流传热时，对于湍流工况，其对流传热系

数正比于竖壁高度的次方。

（0）

24.大容器沸瞬曲线分为、、、

四个区段。

（自然对流、核态沸瞬、过渡沸瞬、膜态沸瞬）

三、选择题

1.以下各参数中，属于物性参数的是：

（1）

传热系数K

⑵

吸收率a

（3）

普朗特数Pr

（4）

传热系数he

2.流体纯自然对流传热的准那么方程可写成

（l）Nu=f（Re,Pr）

（2）Nu=f（Gr>Pr）

（3）Nu=f（Re，Gr，Pr）（4）Nu=f（Bi，Fo）

3.流体掠过平板对流传热时，在以下边界层各区中，温度降主要发生在：

（1）主流区

（2）湍流边界层（3）层流底层

（4）缓冲区（5）湍流核心区

4.空气自然对流传热系数与强迫对流时的对流传热系数相比：

⑴要小的多

（2）要大得多

（3）十分接近（4）不可比较

5.沸腾的临界热流量qe是：

（1）从过冷沸瞬过渡到饱和沸瞬的转折点

（2）从自由流动过渡到核态沸瞬的转折点

（3）从核态沸瞬过渡到膜态沸瞬的转折点

（4）从不稳定膜态沸腾过渡到稳定膜态沸瞬的转折点

6.流体在大空间沿竖壁自然对流传热时，在湍流状态下；对流传热系数正比于竖

壁高度的0

（1）0次方

（2）0.8次方（3）1/4次方（4）1/3次方

7.液体沸瞬时，汽泡内的压力大于汽泡外液体的压力，主要由于以下哪个因素造

成的？

（1）传热温差

（2）外表张力（3）浮升力

（4）重力

仃

■

18

（4）

（1）或⑵个换

（3）热流密度，4（4）热

8.定型准那么是指：

（1）包含定型尺寸的准那么

（2）全部由量构成的准贝

（3）含有待求量的准那么工程中，电为常用的沸脸工况是指：

9.（4）待定准那么

（1）膜态沸瞬

（2）核态沸腾（3）自然对流沸脸（4）以上都不是

I°下述哪种手段对提高对流传热系数无效？

•

（1）提高流速

（2）增大管径

（3）采用入口效应（4）采用导热系数大的流体

II某气体的密度为1.26kg/m3,±热为1.02kJ/（kg・K），导热系数为

'0.025W/（m・K），粘度为15.1xlOW/s,^Pr（普朗特）准那么数为多少？

（）

⑴0.78

（2）0.02（3）0.7

Nu（努谢尔特）准那么反映：

⑴惯|•矽用I解带力的相对大小⑶浮升力和粘滞力的相

12对大小0

-

（2）对流传热强度

（4）导热能力大小

13描述浮升力与黏滞力的相对大小的准那么数称为：

•

（1）Re

（2）Gr（3）Pr（4）Ra

14当管长远大于管径时，圆管横向布置时的管外膜状凝结传热系数与竖放时

•相比方何？

（1）

橫放时大

⑵

两者差不多

⑶

竖放时大

（4）

无法比较

5

无量纲组合

旦称为什么准那么?

⑴雷诺Re

（2）普朗特Pr

（3）努谢尔特Nu

⑷格拉晓夫Gr

16判断管内湍流强制对流是否需要进行人口效应修正的依据是什么

•

（1）l/d>70

（2）Re>104

⑶l/d<50（4）l/d<104

作为根本计算式。

对流传热以

（1）傅里叶定律

（2）牛顿冷却公式

（3）普朗克定律（4）欧姆定律

从传热角度看，下面几种冷却方式中，哪种方式的冷却效果会最好

19⑴水冷⑵氢冷⑶气冷（4）水沸瞬冷却

相变传热的特征为。

■

大⑴工质比体积变化较大⑵汽化潜热（3）

（1）+

（2）⑷工质比体积较

20・冷却液润湿壁面的能力取决于

（1）液体的外表张力

（2）液体与壁面间的附着力（3）

（1）+

（2）

在饱和沸腾时，随着的增高>将会出现

（1）壁面过热度‘4

（2）壁面过热度，6

热规律全然不同的区域。

流密度，6

22•对流传热微分方程组共有几类方程？

（1）2

（2）3（3）4（4）5

23凝

结液能很好的润湿壁面，形成完整的膜向下流动，称为。

⑴凝结

（2）膜状凝结（3）珠状凝结⑷稳态凝结

24.以下哪个不是影响对流传热的主要因素？

（1）流动起因；

（2）tw；

⑶「

（4）换热面的几何形状。

25.对于Pr数，以下说法哪个是错误的？

⑴它是动力粘度与热扩散率的比值；

辺它是硏究对流传热最常用的重要准那么；

131对于层流流动，当Pr=1时，S=St;

⑷它反映了流体中热量扩散和动量扩散的相对程度二

26.白中对潴传热的潴杰主要取决

于的数值。

（1）Pr

（2）Fo（3）Re⑷Gr

27.如果流体的流动是由流

体内部温差产生的密度差引起的，称为。

（1）强迫对流

（2）自由运动（3）湍流对流（4）层流对流

28.对流传热微分方程组包括。

I、付立叶定律U、对流传热微分方程川、基尔霍夫定律W、连续，性

方程V、动量微分方程切、能量微分方程

（1）nmwv⑵inmw⑶HWVW（4）

29.Num其特征温度为。

⑴流体温度

（2）平均温度⑶壁面温度⑷不定

30.当流体外掠圆管时，10

处。

其局部换热系数到达最值。

⑴湍流"40°，低⑵层流，140°，高⑶湍流，82°，低⑷层流，82f，低

31.

自然对流传热的准那么方程为

（4）.Num0.943GaJaPr3

32.影响膜状换热系数的主要因素是一

（1）蒸汽流速

（2）不凝结气体（3）外表粗糙度⑷⑴+⑵

四、简答题

1.影响强迫对流传热的流体物性有哪些？

它们分别对对流传热系数有什么影响？

〔提示：

影响强迫对流换热系数的因素及其影响情况可以通过分析强迫对流传热实验矢联式，将各无量纲量展开整理后加以表述。

〕

2.试举几个强化管内强迫对流传热的方法〔至少五个〕。

〔提示：

通过分析强迫对流换热系数的影响因素及增强扰动、采用人□效应和弯管效应等措施来提岀一些强化手段，如增大流速、采用机械搅拌等。

〕3•试比较强迫对流横掠管束传热中管束叉排与顺排的优缺点。

〔提示：

强迫对流横掠管束换热中，管束叉排与顺排的优缺点主要可以从换热强度和流动阻力两方面加以阐述：

〔1〕管束叉排使流体在弯曲的通道中流动，流体扰动剧烈，对流换热系数较大，同时流动阻力也较大；〔2〕顺排管束中流体在较为平直的通道中流动，扰动较弱，对流换热系数小于叉排管束，其流阻也较小；〔3〕顺排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。

〕4•为什么横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷相比，横向冲刷的传热系数大？

〔提示：

从边界层理论的角度加以阐述：

纵向冲刷容易形成较厚的边界层，其层流层较厚且不易破坏。

有三个因素造成横向冲刷比纵向冲刷的换热系数大：

①弯曲的外表引起复杂的流动，边界层较薄且不易稳定；②管径小，流体到第二个管子时易造成强烈扰动；②流体直接冲击换热外表。

〕5•为什么电厂凝汽器中，水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热？

〔提示：

可以从以下3个方面加以阐述：

〔1〕在电厂凝汽器中，水蒸气在管壁上凝结，凝结换热系数约为4500—18000W/〔m2•K〕，对流换热量很大；〔2〕水蒸气与壁面之间的温差较小，因而辐射换热量较小；〔3〕与对流换热相比，辐射换热所占的份额可以忽略不计。

〕6•用准那么方程式计算管内湍流对流传热系数时，对短管为什么要进行修正？

〔提示：

从热边界层厚度方面加以阐述：

〔1〕在入□段，边界层的形成过程一般由薄变厚；〔2〕边界层的变化引起换热系数由大到小变化，考虑到流型的变化，局部长度上可有波动，但总体上在入□段的换热较强〔管长修正系数大于1〕；〔3〕

当l/d〉50〔或60〕时，短管的上述影响可忽略不计，当l/d\，50〔或60〕时，那么必须考虑入口段的影响。

7•层流时的对流传热系数是否总是小于湍流时的对流传热系数？

为什么？

〔提示：

该问题同样可以从入□效应角度加以阐述。

在入□段边界层厚度从零开始增厚，假设采用短管，尽管处于层流工况，由于边界层较薄，对流换热系数可以大于紊流状况。

〕8•什么叫临界热流密度？

为什么当加热热流大于临界热流密度时会岀现沸腾危机？

〔提示：

用大容器饱和沸脸曲线解释之。

以大容器饱和沸腾为例，〔1〕沸瞬过程中，随着壁面过热度△t的增大，存在自然对流、核态沸脸、不稳定膜态沸脸和膜态沸脸四个阶段，临界热流密度是从核态沸脸向膜态沸瞬转变过程中所对应的最大热流密度；〔2〕当加热热流大于临界热流密度时，沸脸工况向膜态沸脸过渡，加热面上有汽泡聚集形成汽膜，将壁面与液体隔开，由于汽膜的热阻比液体大得多，使换热系数迅速下降，传热恶化；

〔3〕汽膜的存在使壁温急剧升高，假设为控制热流加热设备，如电加热设备，那么一旦加热热量大于临界热流密度，沸脸工况从核态沸腾飞跃到稳定膜态沸腾，壁温飞升到1000C以上〔水〕，使设备烧毁。

〕

9•试述不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。

〔提示：

少量不凝性气体的存在就将使凝结换热系数减小，这可以从换热热阻增加和蒸

汽饱和温度下降两方面加以阐述。

〔1〕含有不凝性气体的蒸汽凝结时在液膜外表会逐渐积聚起不凝气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加；〔2〕随着蒸汽的凝结，液膜外表气体分压力增大，使凝结蒸汽的分压力降低，液膜外表蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差，削弱了凝结换热。

〕