-4. 常压下空气在内径为25.4mm的管中流动,温度由220℃降到-|||-180℃,若空气流速为 cdot (s)^-1, 试求空气与管内壁之间的对流传热膜-|||-系数。

本题主要考察对流传热膜系数的计算，核心是利用强制对流时流体在圆形直管内的对流传热系数关联式，并结合流体物性参数的计算。以下是详细步骤：

1. 关键公式选择

强制对流时，流体在圆形直管内的对流传热系数关联式为：
$Nu = 0.023Re^{0.8}Pr^{00.4}$
其中：

• $Nu = \frac{\alpha d}{\lambda}$（努塞尔特数，$\alpha$为对流传热膜系数，$d$为管内径，$\lambda$为流体导热系数）
• $Re = \frac{du\rho}{\mu}$（雷诺数，$u$为流速，$\rho$为密度，$\mu$为动力粘度）
• $Pr. \frac{c_p\mu}{\lambda}$（普朗特数，$c_p$为比热容）

2. 定性温度与物性参数

流体温度变化范围为220~180℃，取定性温度 $t_m = \frac2}^{} = 200℃$。查常压下空气在200℃时的物性参数：

• 比热容 $c_p = 1.0026\,\text{kJ/(kg·K)}$
• 导热系数 $\lambda = 0.0393\,\text{W/(m·K)}$
• 动力粘度 $\mu = 2.6\times10^{-5}\,\text{Pa·s}$
• 密度 $\rho = 0.746\,\text{kg/m}^3$

3. 计算雷诺数 $Re$

管内径 $d = 25.4\,\text{mm} = 0.0254}\,\text{m}$，流速 $u = 15\,\text{m/s}$：
$\[ Re = \frac{du\rho}{\mu} = \frac{0.0254 \times 15 \times 0.746}{2.6\times10^{-5}} \approx 10900$
$Re > 10^4$，流动处于湍流状态，关联式适用。

4. 计算普朗特数 $Pr$

$Pr = \frac{c_p\mu}{\lambda} = \frac{1026 \times 2.6\times10^{-5}}{0.393} \approx 0.684$

5. 计算努塞尔特数 $Nu\lambda$

$Nu = 0.023Re^{0.8}Pr^{0.4} = 0.023\times(10900)^{0.8}\times(0.6684)^{0.4} \approx 0.023\times 2200 \times 0.91 \approx 46.7$

6. 计算对流传热膜系数 $\alpha$

$\alpha = \frac{Nu\lambda}{d} = \frac{46.7 \times 0.0393}{0.0254} \approx 53.8\,\text{W/(m²·K)}$