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．

Pr数，Gr数的物理意义．Nu数与Bi数有什么区别？ 9．简述Nu数，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/(m2K)，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：20?C：?1?15.06?10?6m2/s,?1?2.59?10?2W/m?K,Pr1?0.703200?C：?2?34.85?10?6m2/s,?2?3.93?10?2W/m?K,Pr2?0.680由u1llu2l2?1?2?l15.06?u1?(1)(2)u2??8?6.03?20.85m/s?2ll34.85又Nu1?Nu2l?13.93得：h2?h1(l)(2)?195???36.99W/(m2?K)l2?182.59上述模化试验，虽然模型与流体的Pr数并不严格相等，但十分相近?用价值的。 这样的模化试验是有实

51.013?10Pa下的空气在内径为76mm的直管内流动，入口温度为65℃，入口体积流量6－14、已知：

30.022m/s，管壁的平均温度为180℃。 为

求：管子多长才能使空气加热到115℃。

解：定性温度

tf?65?115?903??0.972kg/m2℃，相应的物性值为：

cp?1.009kJ/?kg?K?,??3.13?10?2W/?m?K?,??21.5?10?6kg/?m?s?,Pr?0.6903??1.0045kg/m在入口温度下，，故进口质量流量：

??0.022m3/s?1.0045kg/m3?2.298?10?2kg/s， m?4m4?2.298?10?2?106Re???17906?104?d?3.1416?0.076?21.5，先按l/d?60计，

Nu0?0.023?179060.8?0.690.4?50.08,h?在115 ℃时，

50.08?0.0313?20.62W/m2?K0.076 空气

??cp?1.009kJ/?kg?K?，65℃时，

cp?1.007kJ/?kg?K?。

故加热空气所需热量为：

\''??c\??m1.009?103?115?1.007?103?65??1162.3Wpt?cpt??0.02298?? 采用教

材P165上所给的大温差修正关系式：

?Tfct???T?w????0.53?273?90?????273?180?0.53?363?????453?0.53?0.885。

所需管长：

l??1162.3??2.96m?dh?tw?tf?3.1416?0.076?20.62?0.885??180?90?

l/d?2.96/0.076?38.6?60，需进行短管修正。采用式（5-64）的关系式：

cf?1??d/l?。

0.7?1.0775?，所需管长为2.96/1.0775=2.75m。

6-33、已知：直径为0.1mm的电热丝与气流方向垂直的放置，来流温度为20℃，电热丝温度为40℃，加热功率为17.8W/m。略去其它的热损失。 求：此时的流速。

解：

ql?h?d?tw?tf?,h?tm?ql17.82??2833W/m?K?5?d?tw?tf???0.1?10??40?20???

定性温度

20?40?302℃，

??0.0267W/?m?K?,??16?10?6m2/s,Pr?0.701

Nu?2833?0.1?10?3?10.610.0267。先按表5-5中的第三种情况计算，

1/0.466?Nu?Re???0.683??侧

?10.61?????0.683?2.1459?360，符合第二种情形的适用范围。

16?10?6?360u?Re??57.6m/s?3d0.1?10故得：。

?

第七章

思考题

1.什么叫膜状凝结，什么叫珠状凝结?膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方？

答：凝结液体在壁面上铺展成膜的凝结叫膜状凝结，膜状凝结的主要热阻在液膜层，凝结液体在壁面上形成液珠的凝结叫珠状凝结。

2．在努塞尔关于膜状凝结理论分析的8条假定中，最主要的简化假定是哪两条? 答：第3条，忽略液膜惯性力，使动量方程得以简化；第5条，膜内温度是线性的，即 膜内只有导热而无对流，简化了能量方程。

3．有人说，在其他条件相同的情况下．水平管外的凝结换热一定比竖直管强烈，这一说法一定成立？ 答；这一说法不一定成立，要看管的长径比。

4．为什么水平管外凝结换热只介绍层流的准则式？常压下的水蒸气在如果要使液膜中出现湍流，试近似地估计一下水平管的直径要多大? 答：因为换热管径通常较小，水平管外凝结换热一般在层流范围。

?t?ts?tw?10℃的水平管外凝结，

Re?对于水平横圆管：

4?dh?ts?tw??r14

?gr???h?0.729???d?t?t???sw??临界雷诺数

323

Rec?由由

9.161d4?ts?tw??r45334?g???2314?1600

4ts?100tp?95℃,查表：

r?2257kJ/kg3??0.6815W/?m?K? ??961.85kg/m℃，查表：

?6??298.7?10kg/?m?s?

d?976.3

?3r5?ts?tw??g?2?3?1?2.07m3

即水平管管径达到2.07m时，流动状态才过渡到湍流。 5．试说明大容器沸腾的

q~?t曲线中各部分的换热机理。

6．对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热情形，分别说明控制热流密度小于临界热流密度及温差小于临界温差的意义，并针对上述两种情形分别举出一个工程应用实例。

答：对于热流密度可控的设备，如电加热器，控制热流密度小于临界热流密度，是为了防止设备被烧毁，对于壁温可控的设备，如冷凝蒸发器，控制温差小于临界温差，是为了防止设备换热量下降。 7．试对比水平管外膜状凝结及水平管外膜态沸腾换热过程的异同。

答：稳定膜态沸腾与膜状凝结在物理上同属相变换热，前者热量必须穿过热阻较大的汽 膜，后者热量必须穿过热阻较大的液膜，前者热量由里向外，后者热量由外向里。

8．从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是什么?强化沸腾换热的基本思想是什么？

答：从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度，强化沸腾

换热的基本思想是尽量增加换热表面的汽化核心数。

9．在你学习过的对流换热中．表面传热系数计算式中显含换热温差的有哪几种换热方式？其他换热方式中不显含温差是否意味着与温差没有任何关系?

答：表面传热系数计算式中显含换热温差的有凝结换热和沸腾换热。不显含温差并不意味着与温差无关，温差的影响隐含在公式适用范围和物件计算中。

10．在图7-14所示的沸腾曲线中，为什么稳定膜态沸腾部分的曲线会随△t的增加而迅速上升? 答：因为随着壁面过热度的增加，辐射换热的作用越加明显。

习题

7-10、—工厂中采用0.1MPa的饱和水蒸汽在一金属竖直薄壁上凝结，对置于壁面另—侧的物体进行加热处理。已知竖壁与蒸汽接触的表面的平均壁温为70℃，壁高1.2m．宽30cm。在此条件下，一被加热物体的平均温度可以在半小时内升高30℃，热确定这—物体的平均效容量。不考虑散热损失。

解：近似地取ts=100℃，

tm?ts?tw?852℃。

?l?968.6kg/m3??0.677W/(m.K)ul?335?10?6kg/(ms)r?2257.1?103J/kgl，，，

2l3l1?g?r??41.13??uL（t-t）fw??l设为层流h=

?9.8?2.257?106?568.552?0.3773?1.13??335?10?6?1.2?30??=

Re?4hL?t4?5431.7?1.2?30??1034.5?1600rul2.257?106?335?10?6

14?45431.7W（/m2.k）

，与假设一致。

Q?Ah(ts?tw)?5431.7?1.2?30?58.66kWQ??58.66?103?1800?c????3.52?106J/K?t30平均热容量.

7-35、水在1.013x105Pa的压力下作饱和沸腾时，要使直径为0.1mm及1mm的汽泡能在水中存在并长大，加热面附近水的过热度各为多少?(利用克拉贝龙方程导出最小汽泡半径算式的过程，可见本书第一版4－4节。)

R＝解：气泡内介质与周围流体达到热平衡时，有

2?Tsr?v?T1?Ts?T1?Ts?，即

2?TsRr?v，

要使气泡长大，应使100℃时，有：

2?TST1?Ts?Rr?v，

，

??588.6?10?4Nm，r?2257.1kJkg，?v?0.5977kgm3