第四版?zhèn)鳠釋W(xué)第五章答案

1、第五章復(fù)習(xí)題1、試用簡(jiǎn)明的語(yǔ)言說明熱邊界層的概念。答：在壁面四周的一個(gè)薄層內(nèi)，流體溫度在壁面的法線方向上發(fā)生猛烈變化，而在此薄層之外，流體的溫度梯度幾乎為零，固體表面四周流體溫度發(fā)生猛烈變化的這一薄層稱為溫度邊界層或熱邊界層。2、與完全的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點(diǎn)是什么？答：與完全的能量方程相比，它忽視了主流方向溫度的次變化率，因此僅適用于邊界層內(nèi)，不適用整個(gè)流體。3、式（54）與導(dǎo)熱問題的第三類邊界條件式（217）有什么區(qū)分？答：（54） （211）式（54）中的h是未知量，而式（217）中的h是作為已知的邊界條件給出，此外（217）中的為固體導(dǎo)熱系數(shù)而此式為流體導(dǎo)熱系數(shù)，式（

2、54）將用來導(dǎo)出一個(gè)包括h的無量綱數(shù)，只是局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而整個(gè)換熱表面的表面系數(shù)應(yīng)當(dāng)把牛頓冷卻公式應(yīng)用到整個(gè)表面而得出。4、式（54）表面，在邊界上垂直壁面的熱量傳遞完全依靠導(dǎo)熱，那么在對(duì)流換熱中，流體的流淌起什么作用？答：固體表面所形成的邊界層的厚度除了與流體的粘性有關(guān)外還與主流區(qū)的速度有關(guān)，流淌速度越大，邊界層越薄，因此導(dǎo)熱的熱阻也就越小，因此起到影響傳熱大小5、對(duì)流換熱問題完整的數(shù)字描述應(yīng)包括什么內(nèi)容？既然對(duì)大多數(shù)實(shí)際對(duì)流傳熱問題尚無法求得其精確解，那么建立對(duì)流換熱問題的數(shù)字描述有什么意義？ 答：對(duì)流換熱問題完整的數(shù)字描述應(yīng)包括：對(duì)流換熱微分方程組及定解條件，定解條件包括，（1）初始

3、條件 （2）邊界條件 （速度、壓力及溫度）建立對(duì)流換熱問題的數(shù)字描述目的在于找出影響對(duì)流換熱中各物理量之間的相互制約關(guān)系，每一種關(guān)系都必需滿足動(dòng)量，能量和質(zhì)量守恒關(guān)系，避開在爭(zhēng)辯遺漏某種物理因素?；靖拍钆c定性分析5-1 、對(duì)于流體外標(biāo)平板的流淌，試用數(shù)量級(jí)分析的方法，從動(dòng)量方程引出邊界層厚度的如下變化關(guān)系式： 解：對(duì)于流體外標(biāo)平板的流淌，其動(dòng)量方程為： 依據(jù)數(shù)量級(jí)的關(guān)系，主流方的數(shù)量級(jí)為1，y方線的數(shù)量級(jí)為則有 從上式可以看出等式左側(cè)的數(shù)量級(jí)為1級(jí)，那么，等式右側(cè)也是數(shù)量級(jí)為1級(jí)，為使等式是數(shù)量級(jí)為1，則必需是量級(jí)。 從量級(jí)看為級(jí) 量級(jí) 兩量的數(shù)量級(jí)相同，所以與成比例5-2、對(duì)于油、空氣及液

4、態(tài)金屬，分別有，試就外標(biāo)等溫平板的層流流淌，畫出三種流體邊界層中速度分布和溫度分布的大致圖象（要能顯示出的相對(duì)大?。?。解：如下圖：5-3、已知：如圖，流體在兩平行平板間作層流充分進(jìn)展對(duì)流換熱。求：畫出下列三種情形下充分進(jìn)展區(qū)域截面上的流體溫度分布曲線：（1）；（2）；（3）。解：如下圖形：5-4、已知：某一電子器件的外殼可以簡(jiǎn)化成如圖所示外形。求：定性地畫出空腔截面上空氣流淌的圖像。解：5-5、已知：輸送大電流的導(dǎo)線稱為母線，一種母線的截面外形如圖所示，內(nèi)管為導(dǎo)體，其中通以大電流，外管起愛護(hù)導(dǎo)體的作用。設(shè)母線水平走向，內(nèi)外管間布滿空氣。求：分析內(nèi)管中所產(chǎn)生的熱量是怎樣散失到四周環(huán)境的。并定性地

5、畫出截面上空氣流淌的圖像。解：散熱方式：（1）環(huán)形空間中的空氣自然對(duì)流（2）內(nèi)環(huán)與外環(huán)表面間的輻射換熱。 5-6、已知：如圖，高速飛行部件中廣泛接受的鈍體是一個(gè)軸對(duì)稱的物體。求：畫出鈍體表面上沿x方向的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大致圖像，并分析滯止點(diǎn)s四周邊界層流淌的狀態(tài)。（層流或湍流）。解：在外掠鈍體的對(duì)流換熱中，滯止點(diǎn)處的換熱強(qiáng)度是很高的。該處的流淌幾乎總處層流狀態(tài)，對(duì)流換熱的猛烈程度隨離開滯止點(diǎn)距離的增加而下降。5-7溫度為80的平板置于來流溫度為20的氣流中假設(shè)平板表面中某點(diǎn)在垂直于壁面方向的溫度梯度為40，試確定該處的熱流密度邊界層概念及分析5-8、已知：介質(zhì)為25的空氣、水及14號(hào)潤(rùn)滑油，

6、外掠平板邊界層的流淌由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯撵`界雷諾數(shù)，。 求：以上三種介質(zhì)達(dá)到時(shí)所需的平板長(zhǎng)度。解：（1）25的空氣 =15.53 = x=7.765m （2）25的水 x=0.45275m （3）14號(hào)潤(rùn)滑油 x=156.85m5-9、已知：20的水以2m/s的流速平行地流過一塊平板，邊界層內(nèi)的流速為三次多項(xiàng)式分布。 求：計(jì)算離開平板前緣10cm及20cm處的流淌邊界層厚度及兩截面上邊界層內(nèi)流體的質(zhì)量流量（以垂直于流淌方向的單位寬度計(jì)）。解：20的水 （1）x=10cm=0.1m =19880.72 小于過渡雷諾數(shù). 按（522） 設(shè) =998.22=1.298 （2）x=20cm=0.2m =

7、39761.43 （為盡流） m 5-10、已知：如圖，兩無限大平板之間的流體，由于上板運(yùn)動(dòng)而引起的層流粘性流淌稱為庫(kù)埃流。不計(jì)流體中由于粘性而引起的機(jī)械能向熱能的轉(zhuǎn)換。 求：流體的速度與溫度分布。 解：（1）動(dòng)量方程式簡(jiǎn)化為 ，y=0, u=0, y=H, ，為上板速度。平行平板間的流淌。積分兩次并代入邊界條件得。 （2）不計(jì)及由于粘性而引起機(jī)械能向熱能的轉(zhuǎn)換，能量方程為：,對(duì)于所爭(zhēng)辯的情形，因而得，y=0,y=H,由此得。5-11、已知：如圖，外掠平板的邊界層的動(dòng)量方程式為：。 求：沿y方向作積分（從y=0到）導(dǎo)出邊界層的動(dòng)量積分方程。解：任一截面做y=0到的積分依據(jù)邊界層概念y>故

8、在該處則有（1）其中由連續(xù)行方程可得所以.（2）又由于.（3）（1）（2）代入（3）故邊界層的動(dòng)量積分方程為5-12、已知：、100的空氣以v=100m/s的速度流過一塊平板，平板溫度為30。 求：離開平板前緣3cm及6cm處邊界層上的法向速度、流淌邊界層及熱邊界層厚度、局部切應(yīng)力和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、平均阻力系數(shù)和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 解：定性溫度 ,，。 （1）處， 動(dòng)量邊界層厚度 比擬理論5-13來流溫度為20、速度為4m/s空氣沿著平板流淌，在距離前沿點(diǎn)為2m處的局部切應(yīng)力為多大？假如平板溫度為50，該處的對(duì)流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是多少？5-14試驗(yàn)測(cè)得一置于水中的平板某點(diǎn)的切應(yīng)力為1.5Pa

9、假如水溫與平板溫度分別為15與60，試計(jì)算當(dāng)?shù)氐木植繜崃髅芏?-15溫度為160、流速為4m/s的空氣流過溫度為30的平板在離開前沿點(diǎn)為2m處測(cè)得局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為149試計(jì)算該處的之值5-16、已知：將一塊尺寸為的薄平板平行地置于由風(fēng)洞造成的均勻氣體流場(chǎng)中。在氣流速度的狀況下用測(cè)力儀測(cè)得，要使平板維持在氣流中需對(duì)它施加0.075N的力。此時(shí)氣流溫度，平板兩平面的溫度。氣體壓力為。 求：試據(jù)比擬理論確定平板兩個(gè)表面的對(duì)流換熱量。解：，邊界層中空氣定性溫度為70， 物性： 利用Chilton-Colburn比擬： 。這說明Chilton-Colburn比擬對(duì)層流運(yùn)動(dòng)也是適用的，即適用于平均值也適

10、用于局部值。工程應(yīng)用5-17一飛機(jī)在10000m高空飛行，時(shí)速為600km/h該處溫度為-40把機(jī)翼當(dāng)成一塊平板，試確定離開機(jī)翼前沿點(diǎn)多遠(yuǎn)的位置上，空氣的流淌為充分進(jìn)展的湍流？空氣當(dāng)作干空氣處理5-18將一條長(zhǎng)度為原型1/4的潛水艇模型放在一閉式風(fēng)洞中進(jìn)行阻力試驗(yàn)潛水艇水下的最大航速為16m/s，風(fēng)洞內(nèi)氣體的壓力為，模型長(zhǎng)3m，使確定試驗(yàn)時(shí)最大的風(fēng)速應(yīng)為多少？潛水艇在水下工作，風(fēng)洞中的阻力試驗(yàn)結(jié)果能否用于水下工作的潛水艇？5-19一火車以25m/s的速度前進(jìn)，受到140N的切應(yīng)力它由1節(jié)機(jī)車及11節(jié)客車車廂組成將每節(jié)車廂都看成是由四個(gè)平板所組成，車廂的尺寸為9m（長(zhǎng)）（寬）不計(jì)各節(jié)車廂間的間隙，車外空氣溫度為35，車廂外表面溫度為20試估算該火車所需的制冷負(fù)荷5-20在一熱處理工程中將一塊尺寸為平板置于30的空氣氣流中，空氣流速為1.2m/s作用在平板一側(cè)的切