7-4，常物性流体在两无限大平行平板之间作稳态层流流动，下板静止不动，上板在外力作用下以恒定速度U 运动，试推导连续性方程和动量方程。

解：按照题意0,0=∂∂=∂∂=xv y v v 故连续性方程0=∂∂+∂∂yv x u 可简化为0=∂∂xu因流体是常物性，不可压缩的，N-S 方程为 x 方向：)(12222yu x u v y p F y u v x u u x ∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂ρρ 可简化为022=∂∂+∂∂-yv x p F x ηy 方向)(12222yv x v v y p F y v v x v u y ∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂ρρ 可简化为0=∂∂=ypF y8-3，试证明，流体外掠平壁层流边界层换热的局部努赛尔特数为12121Re PrxNu r=证明：适用于外掠平板的层流边界层的能量方程22t t tu v ax y y∂∂∂+=∂∂∂常壁温边界条件为wy t ty∞==→∞时，时，t=t引入量纲一的温度wwt tt t∞-Θ=-则上述能量方程变为22u v ax y y∂Θ∂Θ∂Θ+=∂∂∂引入相似变量12Re()y yx xηδ===有11()(()22x x xηηηηη∂Θ∂Θ∂''==Θ-=-Θ∂∂∂()y yηηη∂Θ∂Θ∂'==∂∂∂；22()Uy xηυ∞∂Θ''=Θ∂将上三式和流函数表示的速度代入边界层能量方程，得到1Pr02f'''Θ+Θ=当Pr 1时，速度边界层厚度远小于温度边界层厚度，可近似认为温度边界层内速度为主流速度，即1,f fη'==，则由上式可得Pr()2dfdη''Θ'=-'Θ，求解可得11()()Pr2Pr(0)()erfηηπΘ='Θ=则12120.564Re Pr x xNu =8-4，求证，常物性不可压缩流体，对于层流边界层的二维滞止流动，其局部努赛尔特数满足10.4220.57Re Pr x Nu =⋅证明：对于题中所给情况，能量方程可表示为22u v x y yθθθα∂∂∂+=∂∂∂其中，,,()yu v y x ψψψθθηθ∂∂==-===∂∂ 故上式可转化为Pr02θζθ'''+⋅⋅= 经两次积分，得到0000Pr [exp()]2()Pr [exp()]2d d d d ημμζηηθμζηη∞-=-⎰⎰⎰⎰ 定义表面传热系数s x s q h T T ∞=-，则(0)q '= 进一步，进行无量纲化处理，引入局部努赛尔特数12(0)Re x x x h x Nu k ⋅'===其中1200Re (0)Pr [exp()]2xd d μθζηη∞'=-⎰⎰ 针对层流边界层的条件，查由埃克特给出的计算表如下：不同Pr 数下，常物性层流边界层，12Re x Nu -⋅的值0 0.292 0.307 0.332 0.585 0.73 0.111 0.331 0.348 0.378 0.669 0.851 0.333 0.384 0.403 0.44 0.792 1.013 10.4960.5230.571.0431.344故可看出，12Re x Nu -⋅=常数，进而，12()=x h xu k υ-∞⋅=1常数C ， 由1m u C x ∞=⋅，得11212m C khxυ-=⋅对于二维滞止流，m=1，则h 也为常数，从x=0到x 处的平均热导率h m 定义为1xm h hdx x =⎰故11112212120121m m x m C k C k h x dx x x m υυ--=⋅=⋅⋅+⎰， 则21m h h m =+，由此可看出， 在m=1时，努赛尔特数的近似解可以很好的表示为10.4220.57Re Pr x Nu =⋅ 同样的，我们也可以得到三维滞止流的近似解10.4220.76Re Pr x Nu =⋅9-1，试证明：圆管内充分发展流动的体积流量可表示为： ()0408p p Lr V i -=μπ9-2，常物性不可压缩流体在两平行平板间作层流流动，下板静止，上板以匀速U 运动，板间距为2b ，试证明充分发展流动的速度分布为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=b y b y dx dp b b y U u 2222μ 证：二维流体质量、动量方程0=∂∂+∂∂yvx u ①⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂2222)(y u x u x py u v x u u μρ ② ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂2222)(y v x v y py v v x v u μρ ③ 在充分发展区，截面上只有沿流动方向的速度u 在断面上变化，法向速度v 可以忽略，因此可由方程①得:0=v ,0=∂∂xu④ 将式④代入③得到，0=∂∂yp，表明压力P 只是流动方向x 的函数，即流道断面上压力是均匀一致的进一步由式②得，t cons y udx dp tan 22=∂∂=μ ⑤相应的边界条件：Uu b y u y ====,20,0对⑤积分得：11C y dx dpyu +=∂∂μμ21221C y C y dxdp U ++=μ ddp b b u C μ-=21，02=C ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⇒b y b y dx dp b b y U u 2222μ1. 强迫流动换热如何受热物性影响？答：强迫对流换热与Re 和Pr 有关；加热与对流的粘性系数发生变化。

2. 强化传热是否意味着增加换热量？工程上强化传热的收益和代价通常是指什么？答：不一定，强化传热是指在一定条件（如一定的温差、体积、重量或泵功等）下增加所传递的热量。

工程上的收益是减小换热器的体积节省材料和重量；提高现有换热器的换热量；减少换热器的阻力，以降低换热器的动力消耗等。

代价是耗电，并因增大流速而耗功。

3.传热学和热力学中的热平衡概念有何区别？答：工程热力学是温度相同时，达到热平衡，而传热学微元体获得的能量等于内热源和进出微元体热量之和，内热源散热是有温差的。

4.表面辐射和气体辐射各有什么特点? 为什么对辐射板供冷房间，无需考虑气体辐射的影响，而发动机缸内传热气体辐射却成了主角？答：表面辐射具有方向性和选择性。

气体辐射的特点：1.气体的辐射和吸收具有明显的选择性。

2. 气体的辐射和吸收在整个气体容器中进行，强度逐渐减弱。

空气，氢，氧，氮等分子结构称的双原子分子，并无发射和吸收辐射能的能力，可认为是热辐射的透明体。

但是二氧化碳，水蒸气，二氧化硫，氯氟烃和含氯氟烃的三原子、多原子以及不对称的双原子气体（一氧化碳）却具有相当大的辐射本领。

房间是自然对流，气体主要是空气。

由于燃油，燃煤及然气的燃烧产物中通常包含有一定浓度的二氧化碳和水蒸气，所以发动机缸内要考虑。

5.有人在学完传热学后认为，换热量和热流密度两个概念实质内容并无差别，你的观点是？答：有差别。

热流密度是指通过单位面积的热流量。

而换热量跟面积有关。

6.管内层流换热强化和湍流换热强化有何实质性差异？为什么?答：层流边界层是强化管内中间近90%的部分，层流入口段的热边界层比较薄，局部表面传热系数比充分发展段高，且沿着主流方向逐渐降低。

如果边界层出现湍流，则因湍流的扰动与混合作用又会使局部表面传热系数有所提高，再逐渐向于一个定值。

而湍流是因为其推动力与梯度变化和温差有关，减薄粘性底层，所以强化壁面。

7.以强迫对流换热和自然对流换热为例，试谈谈你对传热、流动形态、结构三者之间的关联答：对流换热按流体流动原因分为强制对流换热和自然对流换热。

一般地说，强制对流的流速较自然对流高，因而对流换热系数也高。

例如空气自然对流换热系数约为5～25 W/（m2•℃），强制对流换热的结构影响了流体的流态、流速分布和温度分布，从而影响了对流换热的效果。

流体在管内强制流动与管外强制流动，由于换热表面不同，流体流动产生的边界层也不同，其换热规律和对流换热系数也不相同。

在自然对流中，流体的流动与换热表面之间的相对位置，对对流换热的影响较大，平板表面加热空气自然对流时，热面朝上气流扰动比较激烈，换热强度大；热面朝下时流动比较平静，换热强度较小。

8.我们经常用Q=hA·Δt.计算强迫对流换热、自然对流换热、沸腾和凝结换热，试问在各种情况下换热系数与温差的关联？答：强迫对流的换热系数与Re,Pr有关但与温差无关，自然对流与Gr的0.25次方有关联，即与温差有关，凝结换热换热系数是温差的-0.25次方。

9.试简述基尔霍夫定理的基本思想答：一、基尔霍夫第一定律：汇于节点的各支路电流的代数和等于零，用公式表示为：∑I=0又被称作基尔霍夫电流定律（KCL）。

二、基尔霍夫第二定律：沿任意回路环绕一周回到出发点，电动势的代数和等于回路各支路电阻（包括电源的内阻在内）和支路电流的乘积（即电压的代数和）。

用公式表示为：∑E=∑RI又被称作基尔霍夫电压定律(KVL)。

10.简述沸腾换热与汽泡动力学、汽化核心、过热度这些概念的关联答：沸腾是指在液体内部以产生气泡的形式进行的气化过程，就流体运动的动力而言，沸腾过程又有大容器沸腾，大容器沸腾时流体的运动是由于温差和气泡的扰动所引起的，沸腾换热会依次出现自然对流区、核态沸腾区、过度沸腾区和膜态沸腾区。

当温度较低时（C t 04<∆）壁面过热度小，壁面上没有气泡产生。

当加热壁面的过热度C t 04≥∆后，壁面上个别点（称为汽化核心）开始产生气泡，汽化核心的气泡彼此互不干扰。

随着t ∆进一步增加，汽化核心增加，气泡互相影响，并会合成气块及气柱。

在这两个区中，气泡的扰动剧烈，传热系数和热流密度都急剧增大。

进一步提高t ∆，传热规律出现异乎寻常的变化。

这是因为气泡汇聚覆盖在加热面上，而蒸汽排除过程越趋恶化。

这时热流密度达到最低，并且温度达到了过热度，是很不稳定的过程。

II.传热学与实际应用1.利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？答：当其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷室温度，必然要求蒸发器处于更低的温度。

所以，结霜的冰箱耗电量更大。

2. 在深秋晴朗无风的夜晚，草地会披上一身白霜，可是气象台的天气报告却说清晨最低温度为2摄氏度，试解释这种现象。

答：可从辐射换热以及热平衡温度的角度来分析，由于存在大气窗口（红外辐射能量透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口），因此地面可与温度很低的外太空可进行辐射热交换，这样就有可能使地面的热平衡温度低于空气温度3．请说明在换热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响，如何防止。