對(duì)流部分的習(xí)題

1、例例1 1 3030的空氣（運(yùn)動(dòng)粘度為的空氣（運(yùn)動(dòng)粘度為1.61.610-5m2/s，密度為，密度為1.165kg/m1.165kg/m3 3 ）以）以5m/s5m/s的速度流過(guò)薄平板。在空氣流動(dòng)方向的速度流過(guò)薄平板。在空氣流動(dòng)方向上板長(zhǎng)上板長(zhǎng)1m,1m,寬寬0.5m0.5m，求平板末端邊界層厚度和平板的摩擦阻，求平板末端邊界層厚度和平板的摩擦阻力。力。55t10125. 3106 . 115Re lvmvx0083. 051106 . 164. 464. 45NblCvFCfDtf0336. 000231. 015 . 05165. 122100231. 010125. 329. 1Re29

2、. 122521 解解 層流層流可見(jiàn)邊界層厚度相對(duì)板長(zhǎng)是很小的。可見(jiàn)邊界層厚度相對(duì)板長(zhǎng)是很小的。例例2 2 4m/s4m/s速度為的油流平行流過(guò)一塊長(zhǎng)速度為的油流平行流過(guò)一塊長(zhǎng)2m2m的薄板，該油的運(yùn)動(dòng)的薄板，該油的運(yùn)動(dòng)粘度粘度v v=10=10-5-5m m2 2/s/s，密度為密度為850kg/m850kg/m3,3,試確定離板前端分別為試確定離板前端分別為0.50.5m,1m,1.5mm,1m,1.5m處的壁面切應(yīng)力。處的壁面切應(yīng)力。解：解：5105mvxcrcr25. 1410105Re55 取臨界雷諾數(shù)為取臨界雷諾數(shù)為則則 故故0.5m0.5m處為層流邊界層，其壁面切應(yīng)力為處為層流邊

3、界層，其壁面切應(yīng)力為 252215 . 025 . 0,82. 9105 . 0414850323. 0Re323. 0mNvxw25221121 ,95. 6101414850323. 0Re323. 0mNvxw22 . 052515 . 125 . 0,2 .28105 . 0Re0297. 0mNvxw）（1m 1m 處也是層流邊界層，壁面切應(yīng)力為處也是層流邊界層，壁面切應(yīng)力為 而而1.5m1.5m處為湍流邊界層，此處壁面切應(yīng)力為處為湍流邊界層，此處壁面切應(yīng)力為 4502722fwmtttC6215.68 10/ms0.02624/W mPr0.7024561

4、 1.5Re9.55 105 1015.68 10fLL 例題例題3：44的空氣以的空氣以1m/s1m/s的速度流過(guò)一塊寬的速度流過(guò)一塊寬1m1m，長(zhǎng)，長(zhǎng)1.5m1.5m的平板，的平板，試求為使平板均勻保持試求為使平板均勻保持5050所需供給的熱量。所需供給的熱量。解：解：空氣的定性溫度為空氣的定性溫度為 根據(jù)此溫度由附錄二查得空氣在根據(jù)此溫度由附錄二查得空氣在2727時(shí)，時(shí)，；首先計(jì)算雷諾數(shù)以判斷流動(dòng)狀態(tài)首先計(jì)算雷諾數(shù)以判斷流動(dòng)狀態(tài) ReL 22 3.21 1.5504441.6wfQF ttW因因小于臨界雷諾數(shù)，故全板長(zhǎng)的邊界層均為層流。小于臨界雷諾數(shù)，故全板長(zhǎng)的邊界層均為層流。 由于平板

5、兩個(gè)側(cè)面均以對(duì)流方式散熱，由于平板兩個(gè)側(cè)面均以對(duì)流方式散熱，因此，供給平板的熱量應(yīng)為因此，供給平板的熱量應(yīng)為 可求得平均給熱系數(shù)可求得平均給熱系數(shù)C2 3/12/143/12/14.8W/m 702. 0)10(9.550.026240.664 PrRe664. 04.8662.4例例1：平均溫度為平均溫度為30 的水以的水以0.4kg/s的流量流過(guò)一直徑為的流量流過(guò)一直徑為2.5cm，長(zhǎng)，長(zhǎng)6m的直管，測(cè)得壓力降為的直管，測(cè)得壓力降為3kN/m2 。熱通量保持。熱通量保持為常數(shù)，平均壁溫為為常數(shù)，平均壁溫為50 ，試求水的出口溫度。，試求水的出口溫度。 解：解： 邊界層平均溫度為邊界層平均溫

6、度為由附錄二以此溫度查得：由附錄二以此溫度查得： =995.7kg/m3 ,c=995.7kg/m3 ,cp p=4174J/kg=4174J/kg ，30504022fwmtttCPr4.31m 由由 m=v vm mA A= = v vm md d2 2/4/4 得得 v vm m=4m/(=4m/(d d2 2)=4)=40.4/(995.70.4/(995.73.143.140.0250.0252 2)=0.8184m/s)=0.8184m/s 根據(jù)根據(jù) 得得 水的水的Prm=4.311 ，應(yīng)按柯?tīng)柵蟊扔?jì)算，即，應(yīng)按柯?tīng)柵蟊扔?jì)算，即 則則22mLvpfd2220.02523000 ()

7、0.037496995.7 (0.8184)mdfpL v2 3Pr8fmfSt32 32 30.037491.769 108Pr84.31fmfSt于是給熱系數(shù)于是給熱系數(shù)= =Stfcpvm=(1.7691010-3-3) ) 995.7995.7417441740.8184=6018.5W/m0.8184=6018.5W/m2 2管壁對(duì)水的熱流量為管壁對(duì)水的熱流量為:Q= d L(tw-tf)=6018.53.140.0256(50-30)=56722.9W又又Q=mcpt 故水的溫升為故水的溫升為:t=Q/(m cp)=56722.9/(0.44174)=34 即即t0-ti=34 因

8、因tf=(t0+ti)/2=30將上兩式聯(lián)立求解，得出口水溫為將上兩式聯(lián)立求解，得出口水溫為t0=47例例2 2：2020的空氣在常壓下以的空氣在常壓下以10m/s10m/s的速度流過(guò)平板的速度流過(guò)平板, ,板面溫度板面溫度t tw w=60,=60,求距前緣求距前緣200mm200mm處的速度邊界層和溫度邊界層以及處的速度邊界層和溫度邊界層以及x x, , 和單寬換熱量和單寬換熱量, ,再用類(lèi)比法求局部摩擦系數(shù)再用類(lèi)比法求局部摩擦系數(shù)C Cf.f.已知已知:40:40空氣物性參數(shù)為空氣物性參數(shù)為:=0.0271W/m:=0.0271W/m =16.97=16.971010-6-6m m2 2

9、/s Pr=0.711 =1.127kg/m/s Pr=0.711 =1.127kg/m3 3 C Cp p=1.009=1.00910103 3J/kgJ/kg解解: : 邊界層內(nèi)空氣的定性溫度邊界層內(nèi)空氣的定性溫度: : ctttfwm40220602由題已知由題已知4040空氣物性參數(shù)為空氣物性參數(shù)為:=0.0271W/m:=0.0271W/m =16.97 =16.971010-6-6m m2 2/s Pr=0.711/s Pr=0.7115561051018. 11097.162 . 010Rexvfxmmmxx7 . 2107 . 21018. 12 . 00 . 5Re0 . 5

10、35mmmprt9 . 2109 . 2711. 0107 . 2331331cmwcmwxNpNxuxxrux22312153121/6 .272/8 .132 . 00271. 08 .1018 .101711. 01018. 1332. 0Re332. 0 為層流邊界層為層流邊界層 .則則 局部換熱系數(shù)局部換熱系數(shù):27.6 0.2 16020220.8wfQA ttw 3313.81.22 101.127 1.009 1010 xpstc v22343331.22 100.7119.73 1021.947 10fxrfxcstpc單位寬度的換熱量單位寬度的換熱量: 40空氣物性參數(shù)為空

11、氣物性參數(shù)為: =1.127kg/m3 Cp=1.009103J/kg例例1：水流過(guò)水流過(guò)l=5m 長(zhǎng)的直管時(shí)，從長(zhǎng)的直管時(shí)，從tf =25.3被加熱到被加熱到tf =34.6 管內(nèi)直徑管內(nèi)直徑d=20mm，水在管內(nèi)的流速為，水在管內(nèi)的流速為2 m/s，求換熱系數(shù)。，求換熱系數(shù)。 解：解：是直管，且是直管，且l/d5050故不需修正，同時(shí)不考慮溫差修正故不需修正，同時(shí)不考慮溫差修正t=1=1水的平均溫度水的平均溫度Ctttfff03026 .343 .252以此為定性溫度查得物性參數(shù)：以此為定性溫度查得物性參數(shù)：45. 5Pr/10805. 0/612. 0260smCmw23001097.

12、410805. 002. 02Re46Vdf25945. 5)1097. 4(023. 0PrRe023. 04 . 08 . 044 . 08 . 0fffNu屬于紊流區(qū)：屬于紊流區(qū)：CmwNudf02/795025902. 0612. 0如考慮溫差修正，則首先需知道壁溫。按下述步驟計(jì)算：每秒如考慮溫差修正，則首先需知道壁溫。按下述步驟計(jì)算：每秒流過(guò)管子的水的總吸熱量：流過(guò)管子的水的總吸熱量：23.14995.7 4.174 (34.6 25.3) 20.02424000 /24000pQc tAJ sw )(fwttFQ由牛頓冷卻公式：由牛頓冷卻公式：Cmw02/8000wt先假設(shè)先假設(shè)，

13、代入上式估算平均，代入上式估算平均CFQttfw06 .39502. 080002400030022. 1)102 .655105 .801()(11. 06611. 0wftCmw02/81307950022. 1與原值相差不大，不必重復(fù)。否則應(yīng)反復(fù)計(jì)算。與原值相差不大，不必重復(fù)。否則應(yīng)反復(fù)計(jì)算。100206022wfmtttC2622.9 10/;18.97 10/ ;Pr0.696W mCms例題例題2 已知電弧爐頂外表面平均溫度為已知電弧爐頂外表面平均溫度為100，周?chē)諝鉁囟龋車(chē)諝鉁囟葹闉?0，爐頂直徑為，爐頂直徑為2m2m，試計(jì)算爐頂?shù)膶?duì)流熱損失。，試計(jì)算爐頂?shù)膶?duì)流熱損失。解：

14、解：這一問(wèn)題可視作熱面朝上的水平面的自然對(duì)流給熱。這一問(wèn)題可視作熱面朝上的水平面的自然對(duì)流給熱。定性溫度為定性溫度為 由附錄二查的空氣的熱物性參數(shù)為由附錄二查的空氣的熱物性參數(shù)為 332261069.81 210020PrPr0.6962736018.97 103.65 108 10gdtGr 屬于湍流（表屬于湍流（表14-314-3）P304P3041/31/3100.15Pr0.153.65 10497.4mmNuGr22497.4 2.9 107.2/2W mC27.2100203.14 2/41812.7wfQttFW所以所以 對(duì)流給熱系數(shù)為對(duì)流給熱系數(shù)為 爐頂?shù)膶?duì)流熱損失為爐頂?shù)膶?duì)流

15、熱損失為 0.8wfQdL tt320.83.14 0.25 100.036020848.8/W mC例題例題3 用熱線風(fēng)速計(jì)測(cè)量空氣的流速，已知熱線風(fēng)速計(jì)的加用熱線風(fēng)速計(jì)測(cè)量空氣的流速，已知熱線風(fēng)速計(jì)的加熱絲（鉑絲）直徑為熱絲（鉑絲）直徑為0.25mm，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為30mm。溫度為。溫度為20的空的空氣正朝著垂直于溫度為氣正朝著垂直于溫度為6060的的鉑絲方向流動(dòng)，鉑絲消耗的熱能鉑絲方向流動(dòng)，鉑絲消耗的熱能為為0.8W，求空氣的流速。，求空氣的流速。解：解：在穩(wěn)態(tài)條件下，根據(jù)鉑絲的能量平衡，得在穩(wěn)態(tài)條件下，根據(jù)鉑絲的能量平衡，得 故故 60204022wfmtttC620.0276/;13.96 10/ ;mW mCms848.8 0.000257.70.0276mmdNuRe40 4000m0.615,0.466Cn