对流传热与传质作业
传质传热学作业汇总
第三章1 作业
• 2，5，6
2
• 解：通过两层的热流密度小于1500W/m2
q Rt t1 11 t32 2
07.0 52 0 552 W/m21500W/m2
1.3 0.1
275 10 50 05501..0320.1m0.0448m
隔热层厚度应大于0.0448 m
5
• 解：根据附录3查得超细玻璃棉毡平均导热 系数为
实验课的不足
第二章 作业
• 1，2
注：为减轻不必要的负担，不需要抄题目。
•1
解： 导热微分方程
•
t c(x2t2y2t2z2t2)c
或 c t x( x t) y( y t) z( z t) •
常物性、无内热源的稳态二维导热问题，其导热微分
方程为。
2t x2
2t y 2
0
y
a
铜
x
b
y
a
铁
x
b
2t 2t 0 x2 y2
（1）x=0，t=t1 x=b，t=t2 y=0，t=t3 y=a，t=t4
λ铜> λ铁 ρ铜> ρ铁 c铜< c铁
从微分方程和边界条件，可以判 断最终获得的描述温度场的方程 中不包含物性参数λ 、ρ、 c，但是 包含边界条件中所涉及的参数， 而对于铜块和铁块，它们的边界 条件是相同的，所以对于第一种 情况温度场是相同的。
第二类边界条件
r R, qw h(tw tf ) 第三类边界条件
tw
●
壁面温度tw
周围流体温度tf 表面传热系数h
作业总结
• 1写出导热微分方程和边界条件，如果边界条 件和微分方程不包含任何物性常数如λ 、ρ、 c 等，则温度场相同，否则温度场不同。
对流传热传质
2
3 热对流
n
湍流流动
n
热对流：由于流体质点发生相对位移而引起的热量传递过 程 特点：热对流只发生在流体中，流体各部分间产生相对位 移 产生对流的原因：由于流体内部温度不同形成密度的差 异，在浮力的作用下产生流体质点的相对位移，使轻者上 浮，重者下沉，称为自然对流；由于泵、风机或搅拌等外 力作用而引起的质点强制运动，称为强制对流 流动的原因不同，热对流的规律也不同。在强制对流的同 时常常伴随有自然对流
n
在速度、热和传质的边界层内有如下特点
n
层内分子扩散传质起主要作用 层外为接近于无传质的等密度区
4 轴对称圆柱坐标的 边界层动量和能量方程式
n
工程上经常遇到 流体在 圆管和 圆环中的流动、传热和传质 问题，圆柱坐标是很好 的分析 坐标
n n
边界层动量方程 边界层能量方程
2
n
该 坐标系 下的连续性方 程：根据前面相同的 步骤，分析 圆柱坐标中控制容积各 个界面 流入和流出质流量和变化 率 ，在稳 定的情况下， 连续性 方程为
n
整个流场分为两个区域： 边界层区： 层内动量传递主要取决 于分子动量传递 层外势流区：可近似按 无粘性的势流理论计算
n
整个温场分为两个区域： 热边界层区： 层内分子导热起主要作 用 层外的近似等温区
传质边界层
n
当混合物 流体掠过平壁时，若 某一组成物的质量百 分 数和壁面 上的数值不等，就要引起传质，在近壁的一 薄层流体中有显著的密度梯度 ，称为传质边界层
n
n n n n n
1975年日本公司开发出了Thermoexcel-E 型沸腾换热强 化管，充分利用了这一思想，开创了高效相变传热管商业 生产的先河，从此国际上形成了一个极大的产业： 德国: Wieland； 美国: Wolverine； 芬兰: Outkupum； 中国：金龙 从气化核心这一技术科学问题的解决到多种商用沸腾 换热强化表面的开发给我们一个重要的启示：一个技术科 学理论问题的解决会变成生产力，会产生巨大经济效益。
高等传热学自学及作业安排
《高等传热学》课程自学及作业安排2014届硕士研究生适用本课程教学方式：以自学为主，教师指导为辅。
考核方法：开卷笔试（50%）+平时成绩（作业及讲课30%）+两次大作业（20%）一、教学资料1.教材孙德兴编.高等传热学—导热与对流的数理解析.北京：中国建筑工业出版社，2005（图书馆均可借到）2.主要参考书张靖周编.高等传热学.北京：科学出版社，2009*王瑞金等编.Fluent技术基础与应用实例.北京：清华大学出版社，20073.参考资料[1]杨强生，高等传热学.上海：上海交通大学出版社，1996[2][美]E.R.G.埃克特，R.M.德雷克著，航青译.传热与传质分析.北京：科学出版社，1983[3][美]M. N.奥齐西克,俞昌铭主译.热传导.北京：高等教育出版社，1983[4]杨强生.对流传热与传质.北京：高等教育出版社，1985[5]赵镇南译.对流传热与传质（第4版）.北京：高等教育出版社，2007*[6][美]E.M.斯帕罗，R.D.塞斯著，顾传保，张学学译.辐射传热.北京：高等教育出版社，1982*[7]陶文铨编著.数值传热学.西安:西安交通大学出版社，1988[8]周俊杰等编. FLUENT工程技术与实例分析.北京：中国水力水电出版社，2010（除*外，均提供电子版）4.课件、教案、FLUENT软件及其他提供光盘！二、自学、收集整理资料及讲课1.自学根据教案及课件提前查资料并自学相关内容。
如：2.收集整理资料及讲课每三位同学负责一至二次课内容，具体分工自行商量。
内容包括：(1)收集整理资料按照教案要求，收集、整理、加工相关教学资料，如“典型一维稳态导热现象（参考文献[1]PP27-40）”，形成电子版提交到qq群，供全班同学共享。
(2)讲课其中一位同学讲解该次课教学内容，时间为45分钟，重点讲解教案中提出的“重点需要理解的问题”；另一位同学讲解作业，时间15分钟，重点讲解分析思路。
传热与传质学第十四章 对流传质
τ＝τl－τt
（14-7）
式中τl——层流切应力，即μdu/dy；
τt ——紊流切应力。
引入普朗特混合长度假说可以证明：
t
u'yu'x
l
2
du dy
2
E M
du dy
EM
l2
du dy
紊流动量扩散系数
(
EM
) du dy
q
c
p
(a
EH
当Pr＝1(cp＝λ /μ )
qs Ts T s u
对于Pr＝１的流体来说，层流底层与紊流核心
中的qs/τs是相等的。雷诺类比就可以应用了。
qs
s
c
p
Ts
T u
qs Ts T s u
紊流
qs scp
Ts T u
层流
类比可以得到：
jD
StD=kc/ u∞ = cf/2=jM
(14-13)
jD称为质量传递的j因子 jD = StD=kc/ u∞
在Pr=1和Sc=1的情况下有：
St=StD =jM = cf/2
jH
jD
(二)普朗特类比
普朗特假设紊流流动是由层流底层和紊 流核心组成。
ShL
cf 2
Re Sc
StD=Sh/(Re·Sc)=kc/u
14-4质量、动量和热量传递的类比
一、紊流质扩散系数 紊流流动的特点：脉动和由脉动带来的横向掺混。 紊流中任一点的流动方向和速度均是不规则的， 涡流运动引起整个紊流核心的混和，这一过程称 为“涡流扩散”。 时均值：虽然变动，但是始终围绕一个值上下波
化工原理：5-4 对流传热
三、自然对流
Nu c(Gr Pr)n
通过实验测得的c和n值列于P250表5-7中。
45
第五章 传 热
5.4 对流传热 5.4.1 对流传热机理和对流传热系数 5.4.2 对流传热的量纲分析 5.4.3 流体无相变时的对流传热系数 5.4.4 流体有相变时的对流传热系数 （自学，了解） 5.4.5 非牛顿型流体的传热（选读）
普兰德数 (Prandtl number)
28
二、对流传热过程的量纲分析
3
l3 2gt 2
Gr
格拉斯霍夫数 (Grashof number)
表示由温度差引起的浮力与黏性力之比
因此，有
Nu (Gr, Pr)
自然对流（无相变） 传热时的准数关联式
29
对于流体强制、自然流动，共有4个准 数，切记它们的物理意义。
32
一、流体在管内作强制对流
1.流体在光滑圆形直管内作强制湍流
（ 1 ） 低 黏 度 流 体 (≤2 水 ) 可 应 用 迪 特 斯
（Dittus）—贝尔特（Boelter）关联式
Nu 0.023Re0.8 Prn
或 0.023 ( diu )0.8(Cp )n
di
当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3。
46
练习题目
思考题 P279 3、14
传热过程所涉及到的量纲为一准数的名称、计算 式、含义是什么 ？（P246表5－6）
作业题: P278 11、13
47
(T
Tw
)dS
换热器任一截 面上热流体的
平均温度
换热器任一截面 上与热流体相接 触一侧的壁温
10
二、热边界层及对流传热系数
流体的传热和传质
流体的传热和传质流体的传热和传质是热力学和传质学领域中的重要理论和实践问题。
在许多工程和自然现象中，流体的传热和传质过程起着关键作用，如热力设备的设计、化工反应过程的控制以及环境保护等。
本文将从理论和实践两个方面，对流体传热和传质进行探讨。
一、流体的传热流体的传热是指热量在流体中的传递过程。
这种传递可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是指热量在固体或液体中的传递过程，其传递方式与物质的微观结构有关。
对流是指传热介质的流动对传热过程的影响，其传递方式与流体的性质和流动条件有关。
辐射是指热量以电磁波的形式传递，不需要传热介质参与。
在工程实践中，为了提高流体的传热效率，常采用换热器。
换热器是一种通过流体的换热面进行热量传递的设备，根据换热的方式和流体的性质可以分为不同类型，如壳管式换热器、板式换热器等。
不同的换热器在不同的工况下有着各自的优势和适用性。
二、流体的传质流体的传质是指在流体中不同组分之间物质的传递过程。
传质过程可以通过扩散、对流和反应等方式进行。
扩散是指溶质在流体中由浓度高的区域向浓度低的区域传递，其速度与浓度梯度成正比。
对流是指流体的流动对传质过程的影响，常用于提高传质效率。
反应是指溶质通过化学反应或生物反应等方式在流体中传递。
在化工工艺中，流体的传质过程对反应速度和产品质量有着重要影响。
为了实现高效传质，需要控制传质介质的流动条件和溶质的浓度梯度，同时合理选择传质设备和工艺参数。
三、流体传热和传质实践案例流体的传热和传质在许多工程和自然过程中发挥着重要作用。
以下是一些实践案例：1. 化工反应过程中的传热和传质：在化学反应中，传热和传质过程对反应速度和产物分布有着直接影响。
通过合理设计反应器和传热设备，可以提高反应的效率和选择性。
2. 多相流传热和传质：在多相流动中，不同相之间的传热和传质过程对相变、反应和质量传递起着重要作用。
例如，在锅炉中的蒸汽生成和汽车发动机中的冷却系统，多相流传热和传质是需要考虑的重要问题。
对流传热实验实验报告
对流传热实验实验报告一、实验目的对流传热现象在工业生产和日常生活中广泛存在，深入理解对流传热的原理和规律对于优化传热过程、提高能源利用效率具有重要意义。
本次对流传热实验的主要目的包括：1、测定空气在圆形直管内强制对流传热的表面传热系数，并与经验关联式的计算值进行比较，加深对对流传热基本原理的理解。
2、了解实验设备的结构和工作原理，掌握实验数据的测量和处理方法。
3、观察和分析影响对流传热系数的因素，如流速、温度等。
二、实验原理对流传热是指流体与固体壁面之间的热量传递过程。
在强制对流情况下，流体的流速对传热系数有着显著的影响。
根据牛顿冷却定律，对流传热的热流量＄＼Phi$ 可以表示为：＄＼Phi ＝ hA\Delta T$其中，＄h$ 为表面传热系数，＄A$ 为传热面积，＄＼Delta T$ 为壁面与流体之间的温差。
对于圆形直管内的强制对流传热，表面传热系数可以通过经验关联式计算。
在本次实验中，采用迪图斯贝尔特（DittusBoelter）关联式：＄Nu ＝ 0023Re^｛08}Pr^｛n}＄其中，＄Nu$ 为努塞尔数，＄Re$ 为雷诺数，＄Pr$ 为普朗特数，＄n$ 的取值取决于流体的加热或冷却情况，加热时＄n ＝ 04$，冷却时＄n ＝ 03$。
努塞尔数、雷诺数和普朗特数的定义分别为：＄Nu ＝＼frac{hd}｛k}＄＄Re ＝＼frac{ud\rho}｛＼mu}＄＄Pr ＝＼frac{＼mu C_{p}｝｛k}＄其中，＄d$ 为管道内径，＄k$ 为流体的热导率，＄u$ 为流体流速，＄＼rho$ 为流体密度，＄＼mu$ 为流体动力粘度，＄C_{p}＄为流体定压比热容。
通过测量流体的流速、温度、压力等参数，可以计算出雷诺数、普朗特数和温差，进而求得表面传热系数的实验值。
将实验值与关联式的计算值进行比较，可以验证关联式的准确性，并分析误差产生的原因。
三、实验设备本次实验所使用的对流传热实验装置主要由风机、风道、电加热管、圆形直管、测温热电偶、压差计、流量计等组成，如图 1 所示。
对流传热与传质讨论复习题解答参
对流传热与传质期末复习题 请主要3－2、10－2和17题1、结合外掠平壁层流对流换热的求解，试述由边界层控制方程得到精确解和利用边界层积分方程式得到近似解两种方法的主要步骤、特点并比较其结果。
答：对于外掠平壁层流对流换热，由边界层控制方程得到精确解的主要步骤为：先根据外掠平壁流动的边界层动量方程和连续性方程，运用相似变换用流函数将动量方程转化为常微分方程，根据相应的边界条件就可得到速度分布的精确解，在求出速度分布的基础上，根据能量方程式和相应的边界条件即可得到温度分布的精确解，从而得到壁面热流和局部换热系数。
特点是：由边界层动量方程式得到的精确解，它的解依赖于速度分布的具体形式，且只适用于Re>>1的情况，不适用于进口导边附近的区域。
而利用边界层积分方程式得到近似解的主要步骤为：首先假定能满足有关边界条件的无量钢温度分布，在u ∞、t w 和t ∞都是常数的假定下，根据低速定物性流体外掠平壁的焓厚度定义式进行积分，可得到焓厚度及其沿轴向变化，壁面热流即可求出，进一步可得到换热系数。
其特点在于用边界层积分方程式进行求解，它的解并不十分依赖于速度分布的具体形式，且工作量小，简便。
结果比较：两种方法得到的解结果完全一致。
2、同样是层流对流换热，为什么外掠平壁的Nu ～Re 1/2，而管内充分发展的则h X ＝常数？ 答：流体外掠平壁时，从进口处形成速度边界层和热边界层，且随着流体的往前推进而逐渐增厚，到一定距离后会发生层流到紊流的过渡，不会象管内流动那样出现充分发展区，热流密度也不是常数而是和x有关，即('(0)w w q t t λ∞=-，因此局部换热系数w x w q h t t ∞=-，局部努谢尔数()w w q xNu t t λ∞=-，所以可得'(0)Nu θ=，即Nu ～Re 1/2；流体在管内作层流换热时，在充分热发展区，流体的无量纲温度分布不沿流体的推进方向而变化，只是r 的函数，管壁处沿径向的无量纲温度梯度r r rθ=∂∂也不推进方向变化，即w r r m w r rt t rr t t θ==⎛⎫-∂∂=⎪∂∂-⎝⎭＝常数，而壁温t w 和流体的混合平均温度t m 不随径向距离r 变化，而换热系数是用壁温和流体混合平均温度之差来定义的，即0w r r w m w m q th t t t t rλ=∂==---∂，显然为常数。
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第一章对流传热与传质的基本方程组
1-1在怎样的条件下纳维埃-斯托克斯方程式可以转化为定物性的边界层动量方程式（1-57）？说明边界层中压力P只是x的函数的物理意义。
答：（1）纳维埃-斯托克斯方程
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当和都为常数时，对于二维稳定流动有，上式简化为
将上式写出x方向的表达式：
X方向：
将它们转化成无量纲的形式。
取距离的参考长度为某特征距离L,纵掠平壁时的参考速度
为u∞；选取参考温度，在该温度下的密度R和粘性系数R作为参考值。
定义以下无量纲量：
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经无量纲后整理和化简再还原，X方向有：
（2）边界层中压力P只是x的函数代表边界层Y方向的压力变化很小，在同一距离X 处有相同的压力值。
1-2 设一定物性流体在二平行板间作二维稳定流动。
在离进口导边足够远的地方，y方向的速度分量v=0，而u只是y的函数。
试根据纳维埃-斯托克斯方程式分别写出x和y方向的动量方程式，并说明怎样确定轴向压力梯度。
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答：定物性流体，二维稳定流动有：
X方向：
y方向：
因y方向的速度分量v=0，有0 =，即= Y。
轴向压力梯度确定：= Y，其中Y=由单位体积力在y方向的分量确定。