习题：对流换热.

习题课对流传热部分例1：温度为30℃的空气以0.5m/s的速度平行掠过长250mm、温度为50℃的平板，试求出平板末端流动边界层和热边界层的厚度及空气与单位宽度平板的换热量。解：边界层的平均温度都为空气40℃的物性参数分别为v=16.96x10-6m2/s,λ=2.76x102W/m.k,Pr=0.699,在离平板前沿250mm处，雷诺数为边界层为层流。Cttt4021wm3261037.7/sm1096.16m25.0m/s5.0ulRe流动边界层的厚度为热边界层的厚度为可见，空气的热边界层比流动边界层略厚。整个平板的平均表面传热系数6.50699.01037.7664.0PrRe664.03/12/133/12/1Nu)/(6.56.50m25.0K)W/(m1076.222KmWNulh1m宽平板与空气的换热量为W28K3050K)W/(m6.5m25.0m12mmmx14014.01037.7m25.00.5Re0.55.032/1mmt78.15026.1/699.0mm14026.1/Pr3/13/1ttAhw例2：在一冷凝器中，冷却水以1m/s的流速流过内径为10mm、长度为3m的铜管，冷却水的进、出口温度分别为15℃和65℃，试计算管内的表面传热系数。Ct40C65C1521f查附录9（P563）得水的物性参数解：冷却水的平均温度为)/(174.4,/2.992,31.4Pr,/10659.0),/(635.0326KkgkJcmkgsmKmWpff管内雷诺数为426ff10521/sm100.6590.01m1m/s.udRe管内流动为旺盛紊流4.91PrRe023.04.0f8.0ffNu)/(58044.910.01mK)0.635W/(m2ffKmWNudhCChAtWttcdup307.29301.058041062.11062.1)1565(4170401.012.992)(4442'''2在式（6－15）的范围内，故所求的h即为本题答案例3：将机翼近似当作沿飞行方向长为2m的平板，飞机以100m/s的速度飞行，空气的压力为1atm、温度为0℃，如果机翼表面吸收太阳的能量为750W/m2，试在设定机翼温度是均匀的条件下确定机翼热稳态下的温度。[解]由于机翼温度Tw待求，故先取流体温度作为定性温度。在T∞=0℃时空气的物性参数为：=2.4410-2W/m℃，=13.2810-6m2/s，Pr=0.707。空气密度=1.293kg/m3。空气流过机翼的雷诺数为Re=ul/=15.06106已进入紊流边界层。利用流过平板的紊流计算公式:P217,5-35b由热平衡有h(TwT)=qr解出机翼温度为tw=3.38℃。重新取定性温度为tm=(tw+t)/2=1.69℃，与以上所取定性温度相差不大，空气的物性参数变化甚小，不需重新计算，故机翼温度为3.38℃。75.18179Pr)871(Re037.03/15/4Nu于是表面传热系数为：KmWlNuh2/79.22120244.075.18179例4：一通有电流的直径为0.2mm的金属丝，被20℃的空气以30m/s的速度横向垂直吹过。由金属的电阻推知，金属丝的温度为21.5℃。改变气流速度，使金属丝的温度变成23.6℃。求这时的气流速度。[解]流体横掠单管问题由tm=20.75℃查得空气物性值：=0.0259w/(m℃)，ν=15.0610-6m2/s,Pr=0.703。计算Re=ud/ν=398.4，P258得：89.9PrRe683.03/1466.0NuKmWdNuh2/64.12800002.00259.089.9Wlttdlhw206.1)(速度改变后仍采用原来的系数取值有解得Rem=59.4，从而流速KmWllTTdlhw2/6.533)206.23(0002.0206.1)(12.40259.00002.06.533hdNusmdu/47.40002.01006.154.59Re6例5：长1m、宽1m的平板竖直放置在20℃的空气中，板的一侧表面绝热，而另一侧表面的温度保持在60℃。求该板的对流散热量。如该板未绝热的一侧水平朝上或朝下放置，此时该板的自然对流散热量又将是多少？[解]定性温度tm，由(60+20)/2=40℃查空气的物性值：νm=16.9610-6m2/s，m=0.0276W/(m℃)，Prm=0.6993m10195.3K4027311TV92263132231035.4/sm1096.61(1m)K2006K103.1959.8m/stlgGrVP269查得，C=0.0292，n=0.3979.145Pr0292.039.0GrNumKmWNulhm22/02.479.1451mK)W/(m102.76对流散热量为WttAh96.160w竖放：水平朝上放置（热面向上），特征长度l=0.25m,P27071043.3PrGr得71.48Pr15.03/1GrNumKmWNulhm22/38.571.480.25mK)W/(m102.76对流散热量为WttAh32.215w水平朝下放置（热面向下）66.20Pr27.04/1GrNumKmWNulhm2/28.2对流散热量为WttAh25.91w例6：为减少热损失，我国东北地区常采用两层玻璃窗，窗子尺寸为1.21.3m2，两层间的距离为120mm，测得它们的温度分别为10℃和10℃。试计算通过夹层的热损失。由tm=0℃，查得空气的物性参数为=2.4410-2W/(m℃),=13.2810-6m2/s，Pr=0.707。[解]，有限空间自然对流传热问题，P272，定性温度tm，特征尺寸两表面间的距离62263132231003.7/sm1028.13(0.12m)K20K10663.39.8m/s)(chVttgGr用竖夹层公式,P273查得，56.9Pr073.09/13/1HGrNumKmWNuhm22/94.156.90.12mK)W/(m102.44对流散热量为WttAhc53.60h3m10663.3K27311TV