《化工传递过程导论》课程第十次作业解题参考
1. 流体在垂直壁面附近呈自然对流，已知局部传热系数hx＝cx-1/4，式中x为离平壁前缘
的距离，c为取决于流体物性的常量，试求局部传热系数与平均传热系数之比。
解：局部传热系数为当地的点值，平均传热系数为一段区间上的均值。对于长为L的平
板壁面，平均传热系数为面积加权平均或线平均值，也即

1
mx
A

hhdAA

1
4

0

1
(1)(1)LmhCxdxL




1
4
4

3
m
hCL

故局部传热系数与平均传热系数之比11441433()4443xmhCxxhLCL
2. 20℃的空气以均匀流速u=15m/s平行流过温度为100℃的壁面。已知临界雷诺数
Rexc=5×105，求平板上层流段的长度、临界长度处速度边界层和温度边界层的厚度、局
部对流传热系数和层流段的平均对流传热系数。

解：特征温度01()602owttttC

60oC
下，空气的物性常数为：-31.060kgm，-11.017kg/(kgK)pc

2-12.89610W/(mK)k，52.0110Pas


普朗特数：352(1.01710)(2.0110)Pr0.7062.89610pck
该取值满足课本中波尔豪森解的条件。因此，平板上层流段长度：
550Re(510)(2.0110)0.632m1.0615cxcxu






临界长度处速度边界层厚度：
5302.01100.6325.05.04.46910m1.06015cxu







临界长度处温度边界层厚度：3311334.469105.01910mPr0.706t
临界长度处局部对流传热系数：
11
11

22332252.896100.632151.0600.332RePr0.332()0.7069.58W/(mK)0.6322.0110xxkhx








临界段区间上的平均对流传热系数：
11
11

22332252.896100.632151.0600.664RePr0.664()0.70619.16W/(mK)0.6322.0110mLkhL








3. 空气以1.0m/s的流速在宽1m，长1.5m的薄平板上流动，主体温度是4℃，试计算为
了使平板保持在50℃的恒温必须供给平板的热量。
解：特征温度01()272owttttC

27oC
下，空气的物性常数为： -31.177kgm，-11.005kg/(kgK)pc

2-12.64810W/(mK)k，51.84510Pas


普朗特数：352(1.00510)(1.84510)Pr0.72.64810pck
平板边缘处雷诺数：4021.51.01.177Re9.57102.64810LLu
上述取值满足课本中波尔豪森解的条件。因此，平板平均对流传热系数：
11
11

24233222.648100.664RePr0.664(9.5710)0.73.22W/(mK)1.5mLkhL





保持平板恒温，传热量计算如下：
0()3.22(1.51)(504)222.18Wmm
QhAtt
4. 常压和394K的空气由光滑平板壁面流过。平面壁温TW=373K，空气流速u0=15m/s，
临界雷诺数Rexc=5×105。试求临界长度xc、该处的速度边界层厚度δ和温度边界层厚
度δt、局部对流传热系数hx、层流段的平均对流传热系数hm及该段的对流传热速率。

解：特征温度01()383.5K2wTTTT

383.5K
下，空气的物性常数为：-30.922kgm，-11.009kg/(kgK)pc

2-13.27110W/(mK)k，52.2410Pas


普朗特数：352(1.00910)(2.2410)Pr0.6913.27110pck
临界长度：550Re(510)(2.2410)0.810.92215cxcxmu
临界长度处速度边界层厚度：
5302.24100.814.644.645.315100.92215cxmu







临界长度处温度边界层厚度：3311335.315105.86101.026Pr1.0260.691tm
局部对流传热系数：
11
11

22332253.271100.81150.9220.332Re0.332()0.6918.382W/(mK)0.812.2410xxrkhpx








层流段平均对流传热系数：
11
11

22332253.271100.81150.9220.664Re0.664()0.69116.764W/(mK)0.812.2410mLrkhpL








该段的对流传热通量：20()16.764(394373)352.044W/mmwqhTTA
该段单位宽度的对流传热速率：352.0440.81285.156W/mQ
5. 某油类液体以1m/s的均匀流速沿一热平板壁面流过。油类液体的均匀温度为293K，平
板壁面维持353K。设临界雷诺数Rexc=5×105。已知在边界层的膜温度下，液体密度
ρ=750kg/m
3、动力黏度μ=3×10-3N·s/m2
、导热系数k=0.15W/(m·K)、比热容

cp=200J/(kg·K)。试求
（1）临界点处的局部对流传热系数hx及壁面处的温度梯度；
（2）由平板前缘至临界点这段平板壁面的对流传热通量。

解：（1）普朗特数：3200(310)Pr40.15pck

临界长度：530Re(510)(310)27501cxcxmu
临界点处的局部对流传热系数：
11
11

2
33
22

30.15217500.332RePr0.332()427.949W/(mK)2310cxcxckhx






003()2ywtTTTy





32xtk
h
00()xywhTTTyk






1
1

3
2

0010.332RePr()cyxwcTTTyx






1
1

4
3
2

031217500.332()4(293353)1.11810K/m2310yTy







（2）由题意，计算过程如下
11
11

2
33
22

30.15217500.664RePr0.664()455.899W/(mK)2310mLkhL






该段对流传热通量为：20()55.899(353293)3353.94W/mmwqhTT