2017浙工大传热学复习题及答案(对流换热部分).docx

2017 浙工大高等传热学对流部分 复习题及答案1、 相似原理理论求解对流换热问题的原理、步骤及应用。答： （1）原理：在已知物理现象数学描述的基础上，建立两现象之间的一些列比例系数，尺寸相似倍数，并导出这些相似系数之间的关系，从而获得无量纲量。（2）步骤：a.写出所研究对象的微分方程（组） b.根据相似原理，利用置换的方法，找出相似准数 c.将所研究的问题用准数方程的形式表示出来 d.用物理实验的方法，找出准数函数的具体函数关系 e.将函数关系推广应用（3）应用：2、 紊流对流换热问题的模型与求解方法；卡门比拟与雷诺比拟相比有什么改进。答：（1）模型：普朗特混合长度模型，泰勒涡流强度传递模型，卡门局部相似理论。（2）紊流模型有两种研究方法：一种是采用统计的方法。将流体微团紊流脉动的随机性看成类似于气体的分子运动，用统计的方法研究脉动的结构，但是这种研究方法所得到的结果只适用于各向同性的紊流流动。另一种方法是半经验（半理论）的近似方法，以解决实际上各向同性的紊流流动。这种方法是，对流体紊流的脉动结构作出某些假设，提出脉动量的补充方程，从而使雷诺方程封闭。 （3）雷诺比拟把边界层看作只是由高度紊流区构成。卡门提出三层模型结构，将紊流边界层分为三层，即层流底层、紊流核心区以及两者之间的缓冲层。在缓冲层中，粘性应力和雷诺应力属于同一数量级，两者均不能忽略3、 试述通道内层流和紊流流动时强化对流换热的各种方法。答：（1）管内插入物：促进径向流（二次流）破坏边界层。层流效果好，紊流也有效果。有纽带，静止混合器等。（2）壁面扰流子，布置在近壁处0.05R处的对流换热热阻占总热阻的70%，增加导热量，破坏边界层。如粗糙管（难做），内翅管，碾压管，旋转线（效果有限）等，用于紊流；（3）螺纹管，用于空气预热器，管内h增加约100%；（4）喷流，直接冲击，h增加300%，阻力增加很大，用于调整温度，场协同理论；（5）短管，边界层处于形成过程中，h大；（6）螺旋管，弯管效应，二次流作用，螺旋换热器。4、 各种强化沸腾换热、凝结换热的原则和手段。答：(1)强化沸腾换热的原则：增加汽化核心，提高壁面过热度。近几十年来的强化沸腾的研究主要是增加表面凹坑。目前常用的手段：a.用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与化学手段在换热表面上形成多孔结构。b.机械加工方法 (2)强化凝结换热的原则：尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度。手段：可用各种带有尖峰的便面使其在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。5、 凹陷型空穴强化沸腾换热的原理。答：换热面的加工方法、表面粗糙度、材料特性以及新旧程度影响沸腾传热的强度。实验表明，同一液体在抛光壁面上沸腾传热时其传热系数比在粗糙壁面上沸腾传热时低。这主要是由于光洁表面上汽化核心较少的缘故。液体在新的换热面上沸腾时，传热系数较高，随着运行时间增长，一部分汽化核心失去了汽化能力，优势传热系数逐渐下降到某一稳定值。凹陷形空穴就是在换热表面上加工处所需的内凹穴，从而达到强化沸腾传热的效果。6、 从传热和流动角度说明层流型换热器如何选用通道形式。7、 试述对流换热能量方程的各种表达形式及其特点，并且简要分析说明得到边界层微分方程的前提条件。 （2）a.平板壁面 b.不可压缩流体 c.稳态流动 d.层流流动8、 对流换热系数h的求解方法。（与9题类似）答：对流换热系数的获得主要有三种方法：a. 理论分析法-建立理论方程式，用数学分析的方法求出h的精确解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过程，如管内层流、平板上层流等。b. 实验方法-用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式c. 类比方法-把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程9、 简述对流换热问题的各种求解方法。答：对流换热问题的求解方法有：（1） 量纲分析法或相似分析法与实验的结合；（2） 边界层微分方程组连同单值性条件的