【正文】 梯度絕對(duì)值的大小來(lái)判斷表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h的大小，你認(rèn)為對(duì)嗎 ? 答：在溫度邊界層中，貼壁處流體溫度梯度的絕對(duì)值最大，因?yàn)楸诿媾c流體間的熱量交換都要通過(guò)貼壁處不動(dòng)的薄流體層，因而這里換熱最劇烈。 簡(jiǎn)述邊界層理論的基本論點(diǎn)。層流邊界層的熱阻為整個(gè)邊界層的導(dǎo)熱熱阻。 試引用邊界層概念來(lái)分析并說(shuō)明流體的導(dǎo)熱系數(shù)、粘度對(duì)對(duì)流換熱過(guò)程的影響。層流邊界層的熱阻為整個(gè)邊界層的導(dǎo)熱熱阻。導(dǎo)熱系數(shù)越大，將使邊界層導(dǎo)熱熱阻越小，對(duì)流換 熱強(qiáng)度越大；粘度越大，邊界層（層流邊界層或紊流邊界層的層流底層）厚度越大，將使邊界層導(dǎo)熱熱阻越大，對(duì)流換熱強(qiáng)度越小。 答：求解對(duì)流換熱系數(shù)的途徑有以下四種 :(1)建立微分方程組并分析求解 ___應(yīng)用邊界層理論 ,采用數(shù)量級(jí)分析方法簡(jiǎn)化方程組 ,從而求得精確解 ,得到了 Re,Pr及 Nu等準(zhǔn)則及其準(zhǔn)則關(guān)系 ,表達(dá)了對(duì)流換熱規(guī)律的基本形式。以上兩法目前使用于層流問(wèn)題。此法較多用于紊流問(wèn)題。 為什么熱量傳遞和動(dòng)量傳遞過(guò)程具有類比性 ? 答：如果用形式相同的無(wú)量綱方程和邊界條件能夠描述兩種不同性質(zhì)的物理現(xiàn)象，就稱這兩種現(xiàn)象是可類比的，或者可比擬的。 可以證明，沿平 壁湍流時(shí)的動(dòng)量和能量微分方程就能夠表示成如下形式： 其中： 有若干個(gè)同類物理現(xiàn)象 ,怎樣才能說(shuō)明其單值性條件相似。所謂單值性條件相似 ,首先是時(shí)間條件相似 (穩(wěn)態(tài)過(guò)程不存在此條件 )。采用飽和蒸汽（或飽和液體）加熱（或冷卻）可實(shí)現(xiàn)物體表面溫度恒定 的邊界條件，而采用電加熱可實(shí)現(xiàn)表面熱流量恒定的邊界條件。試以電加熱方式加熱管內(nèi)水的受迫對(duì)流為例，說(shuō)明如何應(yīng)用相似理論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并簡(jiǎn)略繪制出其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖。 選取無(wú)限長(zhǎng)圓管；圓管外套設(shè)有電加熱器。 ⑵需要測(cè)量的物理量 準(zhǔn)則數(shù)方程式形式為 。 所有流體物性由定性溫度 查取水的物性而得。 為此必須有多組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 確定系數(shù) n和 C的方 法有圖解法（右圖）和最小二乘法。注意：為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，直線應(yīng)盡量使各點(diǎn)處在該線上，或均勻分布在其兩側(cè)。之所以說(shuō)是現(xiàn)象群，是因?yàn)槊恳粋€(gè) Re均對(duì)應(yīng)著一個(gè)相似現(xiàn)象群。 繪圖說(shuō)明氣體掠過(guò)平板時(shí)的流動(dòng)邊界層和熱邊界層的形成和發(fā)展。在 Xc之后，隨著邊界層厚度δ的增加，邊界 層流動(dòng)轉(zhuǎn)為紊流稱為紊流邊界層，即使在紊流邊界層中，緊貼著壁面的薄層流體，由于粘滯力大，流動(dòng)仍維持層流狀態(tài)，此極薄層為層流底層δ t，在紊流邊界層截面上的速度分布和溫度分布在層流底層部分較陡斜，近于直線，而底層以外區(qū)域變化趨于平緩。 空氣以 40m/s的速度流過(guò)長(zhǎng)寬均為 ， tf=20℃， tw=120℃，實(shí)測(cè)空氣掠過(guò)此板上下兩表面時(shí)的摩擦力為 ，試計(jì)算此板與空氣間的換熱量 (設(shè)此板仍作為無(wú)限寬的平板處理，不計(jì)寬度 z方向的變化 )。， ， ，帶入上式 ,得 ， 換熱量： ， 在相似理論指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究空氣在長(zhǎng)圓管內(nèi)穩(wěn)態(tài)受迫對(duì)流換熱的規(guī)律，請(qǐng)問(wèn)： (1)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)將涉及哪幾個(gè)相似準(zhǔn)則 ?實(shí)驗(yàn)中應(yīng)直接測(cè)量哪些參數(shù)才能得到所涉及的準(zhǔn)則數(shù)據(jù) ?(3)現(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)并經(jīng)初步計(jì)算得到的數(shù)據(jù)如下表所示，試計(jì)算各試驗(yàn)點(diǎn) Re數(shù)及 Nu數(shù) ?(4)實(shí)驗(yàn)點(diǎn) 4的現(xiàn)象是否相似？ (5)將實(shí)驗(yàn)點(diǎn)標(biāo)繪在 lgNu及 lgRe圖上。 (7)現(xiàn)有另一根長(zhǎng)圓管， d＝ 80mm，管內(nèi)空氣速度 ， tw＝ 150℃； tf=50℃，試確定管內(nèi)換熱現(xiàn)象與上述表中哪個(gè)現(xiàn)象是相似的 ?并用上表實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定此管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 ⑵由 Re=ud/ν、 Nu=hd/λ、Φ =IU及Φ =hA(ｔ wｔ f)知道需要測(cè)量的物理量有 u、 d、 A=π dL、ｔ f、ｔ f、 I、U。 ⑸圖略（參考教材 P140圖 526） ⑹準(zhǔn)則方程式形式為 根據(jù)現(xiàn)象 14數(shù)據(jù)，利用最小二乘法（也可以用圖解法確定 C和 n），確定 （ ）中的 C和 n如下： ， 所以準(zhǔn)則方程式為 ，其中 ⑺因現(xiàn)象 5雷諾數(shù)（ Re=）與現(xiàn)象 14雷諾數(shù)均不相等，所以現(xiàn)象 5不與現(xiàn)象 14均不相似；且由于其雷諾數(shù)已超出了現(xiàn)象 14的實(shí)驗(yàn)范圍，所以無(wú)法用上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定現(xiàn)象 5的表面換熱系數(shù)。平板沿流動(dòng)方向長(zhǎng)度為 ，寬度為 。試確定： (1)平板表面與空氣間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱量； (2)如果空氣流速增加一倍，壓力增加到 105Pa，平板表面與空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱量。 (1)由于 Re＝ 4 104＜ 5 105，屬層流狀態(tài)。 據(jù)教材式 (5— 42b) =961 W/（ m2它的熱流速率方程即牛頓冷卻公式。 影響單相流體對(duì)流換熱強(qiáng)弱的主要因素有流體的流動(dòng)狀態(tài)、發(fā)生流動(dòng)的原因、流體的各項(xiàng)有關(guān)物性以及表面的幾何形狀等。邊界層概念歸根結(jié)底就是從數(shù)量級(jí)的觀點(diǎn)出發(fā)，忽略主流中速度和過(guò)余溫度 1％的差異。 (2)溫度的變化與速度相似 (但必須以過(guò)余溫度，而不是來(lái)流溫度作為衡量的基準(zhǔn) )，過(guò)余溫度 99％的變化發(fā)生在薄薄的熱邊界層內(nèi)；壁面上具有最大的過(guò)余溫度梯度 (該值即代表 Nu數(shù) )；在壁面的法線方向上將流場(chǎng)分為熱邊界層區(qū)和等溫的主流區(qū)，流體與壁面之間的熱量傳遞 僅發(fā)生在熱邊界層區(qū)里。而對(duì)流換熱過(guò)程微分方程則揭示了流體與壁面之間對(duì)流換熱的物理本質(zhì)。 分析解：包括精確解 (也叫相似解 )和積分方程近似解。 實(shí)驗(yàn)解：實(shí)驗(yàn)方法始終是解決工程對(duì)流換熱問(wèn)題不可缺少的基本手段。實(shí)驗(yàn)解方法應(yīng)當(dāng)在相似理論的指導(dǎo)下進(jìn)行才能得到正確有效的結(jié)果。對(duì)于外部流動(dòng)和內(nèi)部流動(dòng)，最主要的兩個(gè)類比率關(guān)系式是 ；適用條件： ； ；適用條件： 數(shù)值解：通過(guò)對(duì)邊界層微分方程組進(jìn)行離散化處理求得各節(jié)點(diǎn)上流體的速度、溫度和壓力參數(shù)的數(shù)值求解方法。 相似理論與相似準(zhǔn)則數(shù)相似原理是指導(dǎo)用實(shí)驗(yàn)方法研究包括對(duì)流換熱在內(nèi)的很多工程技術(shù)問(wèn)題的方法理論。 實(shí)驗(yàn)中模型應(yīng)該如何選取，應(yīng)該測(cè)量哪些量？模型應(yīng)保證與實(shí)物物理現(xiàn)象相似，應(yīng)測(cè)量相似準(zhǔn)則數(shù)中所包含的各個(gè)物理量，其中的物性由定性溫度確定。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng) 該怎么表示 ?應(yīng)該用準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式來(lái)表示。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以應(yīng)用到哪些范圍 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用于所有與實(shí)驗(yàn)狀態(tài)保持相似的同類對(duì)流換熱問(wèn)題中。 相似準(zhǔn)則數(shù)的定義與物理解釋 (按準(zhǔn)則數(shù)名稱的字母排序 ) 掠過(guò)平板的強(qiáng)迫對(duì)流換熱 應(yīng)注意區(qū)分層流和湍流兩種流態(tài) (一般忽略過(guò)渡流段 )，恒壁溫與恒熱流兩種典型的邊界條件，以及局部Nu數(shù)和平均 Nu數(shù)。