u1,max=6.03m/s，空气流动方向上的总管排数为44排。设管壁平均温度tw=165℃，求管束与空气间的对流换热系数。如将管束改为叉排，其余条件不变，对流换热系数增加多少？ 解：（1）计算Ref,max
由定性温度tf=133℃查附录，得空气的物性值为λf=0.344W/(m·℃)νf=27.0×10m/s，Prf=0.684
-62
由tw=165℃查得Prw=0.682。于是 =（2）求顺排时的对流换热系数hf
=8487
=0.27×84870.63×0.6840.38×
解得对流换热系数为hf=63.66W/(m·℃) （3）求叉排时的对流换热系数
2
×1×1
代入数据得=0.35×84870.60×0.6840.38×
2
×1×1
解得叉排时的对流换热系数为hf=66.64W/(m·℃)
3、水平放置的蒸汽管道，保温层外径do=583mm，壁温tw=48℃，周围空气温度t∞=23℃。试计算保温层外壁的对流散热量?
解：定性温度
=35.5℃
据此查得空气的物性值为λm=0.0272W/(m·℃)，
vm=16.53X10m/s，Prm=0.7
-62
判据（GrPr）m=
=
=4.03×10＜10
89
流动属于层流，查表得C=0.53、n=1/4。
于是对流换热系数为 =0.53×(4.03×10)×
81/4
=3.5W/(m·℃)
2
单位管长的对流散热量为ql=hπdo(tw-t∞)=3.5×3.14×0.583×(48-23)=160.2W/m
4、温度分别为100℃和40℃、面积均为0.5×0.5m的两竖壁，形成厚δ=15mm的竖直空气夹层。试计算通过空气夹层的自然对流换热量? 解：（1）空气的物性值
定性温度 ℃，据此，查附录得空气的物性值为λm=0.0296W/(m·℃)，
2
ρm=1.029kg/m，μm=20.60×10kg/(m·s)，βm=
3-6
=2.915×10K，Prm=0.694，
-3-1
由此，运动粘度为(2)等效导热系数λe
m/s
2
因（GrδPr）m=1.003×10＜2×10，流动属层流。
4
5
努谢尔特准则为=0.197×(1.003×10)×
41/4
=1.335
等效导热系数λe为λe=Numλm=1.335×0.0296=0.0395W/(m·℃) （3）自然对流换热量
Φ==
×(0.5×0.5)×(100-40)=39.5W
5、用热线风速仪测定气流速度的试验中．将直径为0.1mm的电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为25℃，电热丝温度为55℃，测得电加热功率为20W／m。假定除对流外其他热损失可忽略不计。试确定此时的来流速度。
解本题为空气外掠圆柱体强制对流换热问题。
＝20 W/m，由牛顿冷却公式
由题意，
2
W/（m·K）
定性温度：
℃
空气的物性值：，m/s，
2
由此得：
假设Re数之值范围在40-4000，有：
，其中C=0.683，n=0.466
即：
，得Re=233.12符合上述假设范围。
故：
三、本章提要
m/s
以下摘自赵镇南著，高等教育出版社，出版日期：2002年7月第1版《传热学》
本章介绍了工程中最常见的几类对流换热问题的基本特征和换热计算关系式与计算方法，它们是掌握对流换热工程设计的基础。学习本章时，应注意掌握各种类型对流问题的流动特征，边界层的特点，流态
的判别，换热机理及主要的影响因素，适用边界条件，已准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。
1．管内强迫对流换热
(1)流动状况不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。
(2)换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的Pr数大致等于1的时候，两个边界层的入口段才重合。理解并准确把握两种典型边界条件(恒壁温与恒热流)下流体截面平均温度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。
(3)特征数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式5f对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。
(4)非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。 2．绕流圆柱体的强迫对流换热
流体绕圆柱体流动时，流动边界层与掠过平板时有很大的不同出现脱体流动和沿程局部Nu数发生大幅度升降变化的根本原因。
横掠单根圆管的对流换热计算式还被扩展到非圆管的情形。 3．绕流管束的强迫对流换热
这是工程中用得最多的流体换热方式之—。它的流动和换热的基本特征与单管时相同，但增加了排列方式、管间距以及排数三个新的影响因素。除了光管管束以外，在气体外部绕流换热的场合，各种型式的肋片管柬在工程领域里用得越来越普遍。肋片的型式极多，已经公开发表的计算式不一定与实际使用的肋片管相同，选择计算公式时应注意这个问题。 4．自然对流换热
因温度差引起的自然对流边界层和强迫流动明显不一样，它具有单峰形状，这种速度分布是在密度差和流体粘性的共同作用下形成的。自然对流换热时速度场和温度场相互锅合，因此求解比强迫流动更困难些。
自然对流换热计算中出现了一个新的已定特征数—Gr数。它是决定自然对流流动状态的基本因素。自然对流换热对物体的形状、朝向特别敏感，选取特征数方程时应给予足够的注意。极限情况下甚至可能转变成纯导热。近年在自然对流换热领域出现较多形式复杂、自变量覆盖面广的新特征数关联式，它们适应了计算机计算的需要。
有限空间中的自然对流是流动和换热形态都相当复杂的—类情形，工程上经常简化为按“导热”的形式来处理，并由此引入当量导热系数的概念。
混合对流换热只要壁面与流体之间存在温度差，自然对流的影响就不可能完全避免。这种情况F的流场
和温度场也十分复杂。工程上一般采用突出主要因素、忽略次要因素的办法来处理这个问题。 5．强化对流换热
强化传热是对流换热原理付诸工程实际应用的主要着眼点，也是传热研究中永恒的主题。必须明确强化的重点或者突破口在哪里，然后再针对具体情况选择一种或几种强化措施。就一般原理而言，在对流换热表面传热系数增大的同时，阻力损失会以更大的比例增加。但是也不排除有的强化方法可以做到换热增强多而阻力变化很小。
凝结与沸腾部分
一、基本概念
主要包括主要包括：凝结换热的基本特点、影响因素及其强化；沸腾换热的基本特点等。 1、当蒸汽在竖壁上发生膜状凝结时,分析竖壁高度h对放热系数的影响。
答：当蒸汽在竖壁上发生膜状凝结时,随着竖壁高度的不同可能发生层流凝结放热和紊流凝结放热。
(A)对层流来说:，可见,当l增加时,放热系数h减小,h∝1/l.从理论上分
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析,层流凝结放热总以导热方式为主.当l=0时,膜层厚度为0,这时的放热达到最大值,随着l的增加,膜层厚度δ也加厚,也即增加了导热热阻,所以放热系数随l增加而减小。
(B)对紊流而言:平均换热系数 ,而Re与l也成正比,可见随
着l增加,放热加强,从理论上分析,在紊流中紊流传递方式成为重要因素,因此,随l增加紊流换热得到加强。
2、为什么蒸气中含有不凝结气体会影响凝结换热的强度?
答：不凝结气体的存在，一方面使凝结表面附近蒸气的分压力降低，从而蒸气饱和温度降低，使传热驱动力即温差(ts-tw)减小；另一方面凝结蒸气穿过不凝结气体层到达壁面依靠的是扩散，从而增加了阻力。上述两方面的原因使不凝结气体存在大大降低了表面传热系数，使换热量降低。所以实际冷凝器中要尽量降低并排除不凝结气体。
3、空气横掠管束时，沿流动方向管徘数越多，换热越强，而蒸气在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管束排数越多，换热强度降低。试对上述现象做出解释。
答：空气外掠管束时，沿流动方向管徘数越多，气流扰动增加，换热越强。而蒸气在管束外凝结时，沿液膜流动方向排数越多，凝结液膜越来越厚，凝结传热热阻越来越大，因而换热强度降低。
传热学典型习题详解
