文档介绍：(不计自然对流的影响),并分析两种边界层流体与壁面之间传热机理的异同点。答:层流边界层传热是分子传热,即导热;湍流边界层传热主要是涡流传热,即由微团旋涡运动引起的传热。共同点:湍流边界层中也存在一层流内层,该层中的传热方式与层流相同;不同点:层流边界层不存在缓冲层和湍流核心,所以无涡流传热。,试应用有关微分方程说明“精确解”方法求解对流传热系数h的步骤。解:对平板层流边界层中稳态二维流动、二维传热描述的微分方程有普兰德边界层方程(1)连续性方程(2)边界层能量方程(3) 求解h的步骤:(1)用无量纲变量和无量纲流函数将普兰德边界层方程式(1)和(2)化为常微分方程,即(2)求解上述常微分方程,得到层流边界层内的速度分布;(3)引入和;化简并求解能量方程(3),得到边界层内的温度分布;(4)由解出。℃的空气,以10m/s的均匀流速流过一薄平板表面。试用精确解求距平板前缘10cm处的边界层厚度及处的、、、壁面局部曳力系数、平均曳力系数的值。设临界雷诺数。解:查物性常数表得,常压和30℃空气的物性为 ∵∴为层流边界层 当时,查表4-1得 。壁面温度,空气流速,临界雷诺数。试由近似解求临界长度、该处的速度边界层厚度和温度边界层厚度、局部对流传热系数、层流段的平均对流传热系数。解:定性温度查物性常数表得, ∵∴ 、、()各值及速度分布方程和温度分布方程,并从边界层积分动量方程式(4-39)和边界层热流方程式(8-45)出发,推导速度边界层厚度、温度边界层厚度及对流传热系数的表达式并与式(4-51)及式(8-59)进行比较。 解:对于速度分布,所应用的边界条件为 (1), (2), (3),将此三边界条件代入速度分布式,可得如下联立方程组,即 解之得 于是速度分布方程为 (1)边界层积分动量方程为式(4-40),即将式(1)代入式(4-40)得(2)令,积分式(2)得上式进一步积分,得=(3)该式与式(4-51)比较,的计算仅为系数的差别。对于温速度分布,所应用的边界条件为(1), (2), (3), 将此三边界条件代入温度分布式,可得如下联立方程组,即 解之得 于是温度分布方程为 (4)边界层热流方程为式(8-44),即(8-44)假定,将式(1)及式(4)代入式(8-44),并积分得由于假定,故,,因此上式可以化为 (5)将式(3)代入式(5),经整理可得(6)若温度边界层从开始,即时,,则由式(6)可得于是式(5)可化为如若温度边界层从平板前缘开始,则,于是可得(7)该结果与式(8-57)基本一致。距平板前缘x处的局部对流传热系数,仍可采用式(8-5)表达,即(8-5)将式(4)代入上式中,得由此可以看出,对流传热系数与温度边界层厚度成反比。将式(3)的及式(7)的表达式代入上式中,可得将上式化简得或(8)如加热由平板前缘开始进行,则由于=0,上式即可化简为(9)该结果与式(8-59)基本一致,仅系数有所区别。、长度为2m的平板表面,板面温度维持373K,试计算整个板面与空气之间的热交换速率。设。解:定性温度为查物性常数表得,常压和338K下的空气物性为∴为湍流边界层。 ,有一冷凝液膜沿壁面温度为的无限宽垂直固壁下流,从而被冷却,设液膜主体温度为,假定只有离壁面很近的液体其温度才有明显变化,过程为稳态,流动为层流,有关的物性为常数。(1)试证明,并写出的表达式; (2)试根据题意对的表达式进行适当的化简; (3)结合上述结果化简能量方程并写出相应的定解条件;(4)令,,,试求解上述方程并求出的表达式。解:(1)连续性方程为一维流动,、;流体不可压缩,。于是连续性方程变为,方向运动方程为一维稳态流动,、、稳态,则方向运动方程变为同理,方向运动方程变为方向运动方程变为边界条件为 ,, 解之得则(2)因为只有离壁面很近的液体其温度才有明显的变化,即,故,则(3)稳态传热,;一维流动,、;向无限大,、;,、。于是能量方程变为边界条件为 ,, ,(4)令,,,得代入方程,得=整理得边界条件为 ,, 解之得(5)。油类液体的均匀温度为293K,平板壁面维持353K。设临界雷诺数。已知在边界层的膜温度下,液体密度、粘度、导热系数、比热。试求(1)临界点处的局部对流传热系数及壁面处的温度梯度;(2)由平板