在流体流动系统中,存在明显速度梯度的区域称为流体流动边界层。边界层的厚度与雷诺数Re有关。Re越大,边界层的厚度越大。在套管式换热器中进行冷、热流体的传热过程中,由于沿管长方向各部位的温度是不同的,所以这种传热称为非定态传热。在对流传热过程中,若两种流体的传热膜系数分别为alpha_1和alpha_2,且alpha_1>>alpha_2,在忽略固体壁面热阻的情况下,总传热系数K接近于alpha_1。流体流动边界层分为层流边界层和湍流边界层。一般说的层流内层即为层流边界层。为提高总传热系数K,必须改善传热膜系数大的一侧的给热条件。
在流体流动系统中,存在明显速度梯度的区域称为流体流动边界层。边界层的厚度与雷诺数$Re$有关。$Re$越大,边界层的厚度越大。
在套管式换热器中进行冷、热流体的传热过程中,由于沿管长方向各部位的温度是不同的,所以这种传热称为非定态传热。
在对流传热过程中,若两种流体的传热膜系数分别为$\alpha_1$和$\alpha_2$,且$\alpha_1>>\alpha_2$,在忽略固体壁面热阻的情况下,总传热系数$K$接近于$\alpha_1$。
流体流动边界层分为层流边界层和湍流边界层。一般说的层流内层即为层流边界层。
为提高总传热系数$K$,必须改善传热膜系数大的一侧的给热条件。
题目解答
答案
36. 在流体流动系统中,存在明显速度梯度的区域称为流体流动边界层。边界层的厚度与雷诺数Re有关。Re越大,边界层的厚度越大。(×)
解析:边界层厚度与雷诺数Re成反比关系。雷诺数越大,惯性力相对粘性力越大,流体越容易维持流动的连续性,边界层越薄。因此,Re越大,边界层厚度越小,而非越大。
37. 在套管式换热器中进行冷、热流体的传热过程中,由于沿管长方向各部位的温度是不同的,所以这种传热称为非定态传热。(×)
解析:非定态传热指传热过程随时间变化,而套管式换热器中即使沿管长方向温度分布不同,只要各点温度不随时间变化,仍属于定态传热(稳态传热)。因此,该说法错误。
38. 在对流传热过程中,若两种流体的传热膜系数分别为α₁和α₂,且α₁≫α₂,在忽略固体壁面热阻的情况下,总传热系数K接近于α₁。(×)
解析:总传热系数K的倒数等于各热阻之和。当α₁≫α₂时,α₂侧的热阻占主导,总传热系数K接近于α₂,而非α₁。这是“瓶颈效应”的体现,传热速率受限于最小的膜系数。
40. 流体流动边界层分为层流边界层和湍流边界层。一般说的层流内层即为层流边界层。(×)
解析:层流内层(或称层流底层)是靠近壁面的一个极薄区域,属于层流边界层的一部分,但“层流边界层”是一个更广的概念,包含层流内层和其外侧的过渡区。因此,不能将“层流内层”等同于“层流边界层”,该说法不严谨。
41. 为提高总传热系数K,必须改善传热膜系数大的一侧的给热条件。(×)
解析:根据“瓶颈效应”,总传热系数K受制于最小的传热膜系数。因此,要提高K,应优先改善膜系数较小的一侧的给热条件,而非膜系数大的一侧。改善大膜系数侧对K提升效果甚微。
答案:
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解析
本题主要考查流体流动边界层、传热类型、总传热系数等相关知识。解题思路是依据各知识点的定义、原理和性质,对每个陈述进行逐一分析判断。
- 对于“在流体流动系统中,存在明显速度梯度的区域称为流体流动边界层。边界层的厚度与雷诺数$Re$有关。$Re$越大,边界层的厚度越大”:
- 首先明确雷诺数$Re$的物理意义,它反映了流体流动中惯性力与粘性力的相对大小,公式为$Re=\frac{\rho vL}{\mu}$,其中$\rho$是流体密度,$v$是流体速度,$L$是特征长度,$\mu$是流体的动力粘度。
- 当雷诺数$Re$越大时,惯性力相对粘性力越大,流体越不容易受到壁面的粘性作用影响,也就越容易维持流动的连续性,所以边界层会越薄,即边界层厚度与雷诺数$Re$成反比关系。因此该陈述错误。
- 对于“在套管式换热器中进行冷、热流体的传热过程中,由于沿管长方向各部位的温度是不同的,所以这种传热称为非定态传热”:
- 定态传热(稳态传热)的定义是传热过程中各点的温度不随时间变化,而非定态传热是指传热过程随时间变化。
- 套管式换热器中沿管长方向温度分布不同,但只要各点温度不随时间改变,就属于定态传热。所以该陈述错误。
- 对于“在对流传热过程中,若两种流体的传热膜系数分别为$\alpha_1$和$\alpha_2$,且$\alpha_1\gg\alpha_2$,在忽略固体壁面热阻的情况下,总传热系数$K$接近于$\alpha_1$”:
- 总传热系数$K$与各热阻的关系为$\frac{1}{K}=\frac{1}{\alpha_1}+\frac{1}{\alpha_2}$(忽略壁面热阻)。
- 当$\alpha_1\gg\alpha_2$时,$\frac{1}{\alpha_1}\ll\frac{1}{\alpha_2}$,那么$\frac{1}{K}\approx\frac{1}{\alpha_2}$,所以$K\approx\alpha_2$。这是因为热阻大的一侧对总传热系数起主导作用,即“瓶颈效应”,传热速率受限于最小的膜系数。因此该陈述错误。
- 对于“流体流动边界层分为层流边界层和湍流边界层。一般说的层流内层即为层流边界层”:
- 层流边界层是指流体在壁面附近流动时,从壁面到流体主流速度达到$0.99$倍主流速度的区域。
- 层流内层(或称层流底层)是靠近壁面的一个极薄区域,流体在该区域内呈层流状态,它只是层流边界层的一部分,层流边界层还包含层流内层外侧的过渡区。所以不能将“层流内层”等同于“层流边界层”,该陈述不严谨,是错误的。
- 对于“为提高总传热系数$K$,必须改善传热膜系数大的一侧的给热条件”:
- 由总传热系数$K$与各热阻的关系$\frac{1}{K}=\frac{1}{\alpha_1}+\frac{1}{\alpha_2}$可知,总传热系数$K$受制于最小的传热膜系数。
- 要提高$K$,应优先改善膜系数较小的一侧的给热条件,因为改善小膜系数侧能显著降低该侧热阻,从而有效提高总传热系数$K$,而改善大膜系数侧对$K$提升效果甚微。所以该陈述错误。