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
计算流体传质与传热大作业
计算流体与传热传质数值计算题目：混合器中冷热水的三维流动与换热姓名：学号：学院：专业：教室：教师：二〇一五年十二月目录一、混合器中冷热水的三维流动与换热 (1)1.1问题的描述 (1)1.2问题的简单分析 (1)二、利用GAMBIT建立模型 (2)2.1混合器计算模型的建立 (2)2.1.1创建混合器主体 (2)2.1.2创建混合器切向入流管 (2)2.1.3混合器主体与切向入流管的组合 (4)2.1.4创建主体下部的圆锥 (4)2.1.5创建出流小管及整体组合 (5)2.2混合器网格的划分 (6)2.2.1划分网格 (6)2.2.2检查网格划分情况 (6)2.3混合器边界条件的设置 (7)2.4网格文件的输出 (7)三、利用FLUENT进行求解 (8)3.1单位的确定和网格的检查 (8)3.1.1启动FLUENT并读入网格文件 (8)3.1.2网格光滑与交换 (8)3.1.3确定单位cm (9)3.1.4检查网格 (10)3.1.5显示网格 (10)3.2计算模型的设置 (11)3.2.1设置求解器 (11)3.2.2启动能量方程 (12)3.2.3设置湍流模型 (12)3.3流体材料属性的设置 (12)3.4边界条件的设置 (14)3.4.1选择工作流体为液态水 (14)3.4.2设置热水边界条件 (14)3.4.3设置冷水边界条件 (15)3.4.4设置出流口边界条件 (15)3.5求解器的初始化 (16)3.6残差监视器的设置 (17)3.7 Case文件的保存 (17)3.8求解计算 (17)3.9 Data文件的保存 (18)四、利用FLUENT进行后处理 (19)4.1等值面的创建 (19)4.2温度分布图的绘制 (20)4.3速度矢量图的绘制 (22)4.4流体质点迹线的绘制 (24)4.5 XY曲线的绘制 (25)4.6混合器出口的平均温度 (27)4.7流动连续性的检查 (28)五、学习体会 (29)参考文献 (30)一、混合器中冷热水的三维流动与换热1.1问题的描述如图1.1所示，冷水和热水分别自混合器的两侧沿圆柱形容器边缘水平切线方向流入，在容器内混合后经过下部减缩通道流入等径的出流管，最后流入大气。
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
化工原理实验之对流传热实验
化工原理实验报告之传热实验学院学生XX专业学 号 年 级二Ο一五年十一月一、实验目的1.测定冷空气—热蒸汽在套管换热器中的总传热系数K ；2.测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数；3.测定冷空气在不同的流量时，Nu 与Re 之间的关系曲线，拟合准数方程。
二、实验原理（1）冷空气-热蒸汽系统的传热速率方程为m t KA Q ∆=)ln(2121t t t t t m ∆∆∆-∆=∆，11t T t -=∆，22t T t -=∆ )(21t t C V Q p -=ρ式中，Q —单位时间内的传热量，W ;A —热蒸汽与冷空气之间的传热面积，2m ，dl A π=;mt ∆—热蒸汽与冷空气之间的平均温差，℃或KK —总传热系数，)℃/(2⋅m W ；d —换热器内管的内直径，d =20mm l —换热器长度，l =1.3m ；V —冷空气流量，s m /3； pC 、ρ—冷空气密度，3/m kg 空气比热，kg J /;21t t 、—冷空气进出换热器的温度，℃；T —热蒸汽的温度，℃。
实验通过测量热蒸汽的流量V ，热蒸汽进、出换热器的温度T 1和T 2 （由于热蒸汽温度恒定，故可直接使用热蒸汽在中间段的温度作为T ）,冷空气进出换热器的温度t 1和t 2，即可测定K 。
（2）热蒸汽与冷空气的传热过程由热蒸汽对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面对冷空气的对流传热三种传热组成，其总热阻为：2211111d h d d bd h K m ++=λ 其中,21h h 、—热空气，冷空气的给热系数，)℃/(⋅m W ；21d d d m 、、—内管的内径、内外径的对数平均值、外径，m ；λ—内管材质的导热系数，)℃/(⋅m W 。
在大流量情况下，冷空气在夹套换热器壳程中处于强制湍流状态，h2较大，221d h d 值较小；λ较大，md dλ1值较小，可忽略，即 1h K ≈（3）流体在圆形直管中作强制对流时对管壁的给热系数关联式为n m C Nu Pr Re '=。
传热与传质传动试题二答案
传热与传质传动试题二答案1. 简答题：（1）导热系数是指物质在单位时间内传热的能力，单位是W/(m·K)。
（2）对流传热是指通过流体介质进行热量传递的过程，导热和对流传热相比，对流传热通常更快、更强。
（3）热辐射是指物体发出的热能以电磁波的形式传播。
（4）传质传动是指物质在不同相或不同物体之间进行质量传递的过程。
（5）浓度梯度是指单位体积内的物质质量的变化与位置变化之间的比值。
（6）扩散是指物质在浓度梯度的驱动下由高浓度区向低浓度区传递的过程。
2. 计算题：温度传导的热流量计算公式为：$\dot{Q} = \frac{{kA \Delta T}}{{L}}$其中，$\dot{Q}$表示热流量，$k$表示导热系数，$A$表示传热面积，$\Delta T$表示温度差，$L$表示传热距离。
给定条件：$k = 2 W/(m \cdot K)$，$A = 0.5 m^2$，$\Delta T = 100 K$，$L = 0.1 m$代入公式得：$\dot{Q} = \frac{{2 \cdot 0.5 \cdot 100}}{{0.1}} = 1000 W$因此，热流量为1000W。
3. 分析题：在对流传热过程中，流体动力学性质对传热的影响是显著的。
流体的流速、流态和流道形状等因素都会影响传热效果。
例如，在自然对流传热中，流速较慢，因此传热效果相对较差；而在强制对流中，流速很大，传热效果会更好。
此外，流体的传热性质也会影响传热效果。
不同流体的导热系数不同，因此在相同温度差下，不同流体的传热能力也不同。
总之，流体动力学性质和传热性质是影响对流传热的重要因素，需要在传热过程中进行综合考虑。
4. 应用题：根据浓度梯度的扩散速率公式：$J = -D \frac{{dC}}{{dx}}$其中，$J$表示扩散速率，$D$表示扩散系数，$C$表示浓度，$x$表示位置。
给定条件：$D = 0.1 m^2/s$，$C = 2 mol/m^3$，$x = 0.5 m$，$\frac{{dC}}{{dx}} = -5 mol/(m^4)$代入公式得：$J = -0.1 \cdot (-5) = 0.5 mol/(m^2 \cdot s)$因此，扩散速率为0.5 mol/(m^2 · s)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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：
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。
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。