空气以10m/s速度外掠0.8m的长平板,_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1),_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1),计算该平板在临界雷诺数_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1)下的_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1)、全板平均表面传热系数以及换热量。(层流时平板表面局部努塞尔数_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1),紊流时平板表面局部努塞尔数_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1),板宽为1m,已知_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1),定性温度_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1)时的物性参数为:_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1),_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1),_(w)=(30)^circ C_(0)08=(1)_(1))
空气以10m/s速度外掠0.8m的长平板,
,
,计算该平板在临界雷诺数
下的
、全板平均表面传热系数以及换热量。(层流时平板表面局部努塞尔数
,紊流时平板表面局部努塞尔数
,板宽为1m,已知
,定性温度
时的物性参数为:
,
,
)
题目解答
答案
解:(1)根据临界雷诺数求解由层流转变到紊流时的临界长度
,此时空气得物性参数为:
,
,

由于板长是0.8m,所以,整个平板表面的边界层的流态皆为层流


(2)板长为0.8m时,整个平板表面的边界层的雷诺数为:
解:临界长度
由于板长为0.8m,所以整个平板表面的流动边界层流态皆为层流。此时
当平板长度为0.8m时,雷诺数

全板平均表面传热系数:

全板平均表面换热量
解析
考查要点:本题主要考察平板对流换热中的层流与紊流状态判断、平均传热系数计算及换热量求解。
解题核心思路:
- 判断流动状态:通过临界雷诺数确定临界长度,比较板长与临界长度,确定流动状态(层流或紊流)。
- 计算平均传热系数:根据流动状态选择努塞尔数公式,结合物性参数计算平均传热系数。
- 求解换热量:利用传热基本公式 $Q = h_{\text{avg}} \cdot A \cdot \Delta T$ 计算换热量。
破题关键:正确判断流动状态是层流,避免混淆局部与平均努塞尔数公式。
1. 判断流动状态
临界长度计算:
$x_c = \frac{R_{e_c} \cdot \nu}{u} = \frac{5 \times 10^5 \cdot 18.46 \times 10^{-6}}{10} = 0.92 \, \text{m}$
因板长 $L = 0.8 \, \text{m} < x_c$,故整个平板表面边界层为层流。
2. 计算平均传热系数
雷诺数计算:
$R_e = \frac{u \cdot L}{\nu} = \frac{10 \cdot 0.8}{18.46 \times 10^{-6}} = 4.33 \times 10^5 < R_{e_c}$
平均努塞尔数公式(层流平板):
$N_{u_h} = 0.664 \cdot R_e^{1/2} \cdot \Pr^{1/3}$
代入数据:
$N_{u_h} = 0.664 \cdot \sqrt{4.33 \times 10^5} \cdot 0.697^{1/3} \approx 387.3$
平均传热系数:
$h_{\text{avg}} = \frac{N_{u_h} \cdot \lambda}{L} = \frac{387.3 \cdot 2.87 \times 10^{-2}}{0.8} \approx 13.8 \, \text{W/m}^2\text{·K}$
3. 计算换热量
平板面积:
$A = L \cdot b = 0.8 \cdot 1 = 0.8 \, \text{m}^2$
换热量公式:
$Q = h_{\text{avg}} \cdot A \cdot (T_w - T_\infty)$
代入数据(假设 $T_\infty = 8^\circ \text{C}$):
$Q = 13.8 \cdot 0.8 \cdot (30 - 8) \approx 243 \, \text{W}$