公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-传热学-2.6单相流体对流换热及准则关联式

公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-传热学-2.6单相流体对流换热及准则关联式[单选题]1.竖壁无限空间自然对流传热，从层流到紊流，同一高度位置温度边界层δi与速度边界层δ相比（江南博哥），()。[2019年真题]A.δi≤δB.δi≈δC.δi＞δD.不确定正确答案：A参考解析：无限空间自然对流换热如图2-6-1。该图表明，在达到旺盛紊流后，h达到稳定值，而与高度无关；同一高度位置温度边界层δi≤速度边界层δ。图2-6-1[单选题]5.管内受迫定型流动过程中，速度分布保持不变，流体温度及传热具有下列何种特性？()[2011年真题]A.温度分布达到定型B.表面对流换热系数趋于定值C.温度梯度达到定值D.换热量达到最大正确答案：B参考解析：管内受迫定型流动过程，即流动充分发展段，对于常物性流体其特征是速度分布保持不变；在换热过程中，达到热充分发展段时，表面对流传热系数趋于定值。[单选题]6.根据单相流体管内受迫流动换热特性，下列入口段的表面传热系数与充分发展段的表面传热系数的关系中，正确的是()。[2012年真题]A.h入口＞h充分发展B.h入口＜h充分发展C.入口＞充分发展D.平均对流系数正确答案：D参考解析：流体流入管道时，热量是不均匀的，像流动一样，会出现热边界层；随着管道加长，热量分布趋于稳定，进入充分发展段。如图2-6-2（a）、（b）所示，不论层流或湍流，入口段的平均表面传热系数大于充分发展段的平均表面传热系数，即入口＞充分发展。（a）层流管内受迫流动换热特性（b）湍流管内受迫流动换热特性[单选题]7.由于二次流的影响，在相同的边界条件下，弯管内的受迫对流传热系数与直管时的对流传热系数有所不同。因此在用直管的对流传热准则关系式计算弯管情况下对流传热系数时都要在计算的结果上乘以一个修正系数，这个系数()。[2008年真题]A.始终大于1B.始终小于1C.对于气体大于1，对于液体小于1D.对于液体大于1，对于气体小于1正确答案：A参考解析：在弯曲的通道中流动产生的离心力，将在弯管中产生二次流现象，增加了流体在弯管中的紊乱度，无论是液体还是气体都会增大对流换热系数，因此弯管的对流换热系数大于直管的对流传热系数。当采用直管的对流传热准则关系式，计算弯管情况下对流传热系数的修正系数始终大于1。[单选题]8.在流体外掠圆管的受迫对流传热时，如果边界层始终是层流的，则圆管表面上自前驻点开始到边界层脱体点之间，对流传热系数可能()。[2005年真题]A.不断减小B.不断增加C.先增加后减少D.先减少后增加正确答案：A参考解析：速度梯度变成零的点为叫分离点（或脱体点）。外掠单管流体横向流过单根圆管时，层流边界层开始生成，圆管表面上自前驻点开始到边界层脱体点之间，其流动边界层逐渐增厚，热阻不断增大，对流传热系数则不断减小。[单选题]9.图2-6-3采用平板法测量图中冷热面夹层中的液体的导热系数，为了减小测量误差，应该采用哪种布置方式？()[2006年真题]图2-6-3A.第一种B.第二种C.第三种D.第四种正确答案：A参考解析：第一种情况不形成自然对流，可以按纯导热问题对待，测量误差最小。第二、三、四种冷热面夹层中的液体容易形成自然对流，不能按纯导热问题对待，是导热和对流两种换热方式。此外，第三种和第四种冷热流体间会形成环流，单纯测量液体的导热系数误差比较大。[单选题]10.如图2-6-4所示，由冷、热两个表面构成的夹层中是流体且无内热源。如果端面绝热，则达到稳态时，传热量最少的放置方式是()。[2007年真题]图2-6-4A.第一种B.第二种C.第三种D.第四种正确答案：A参考解析：第一种情况下，冷面在下，热面在上，不能构成自然对流，为纯导热过程；第二种情况下会形成自然对流，为导热和对流两种换热方式混合作用过程；第三、四种情况下，冷热流体间会形成冷热环流，均比第一种纯导热换热能力强。所以，第一种情况的传热量最少。[单选题]11.流体与壁面间的受迫对流传热系数与壁面的粗糙度密切相关，粗糙度的增加()。[2007年真题]A.使对流传热系数减少B.使对流传热系数增加C.使雷诺数减小D.不会改变管内的温度分布正确答案：B参考解析：粗糙度的增加虽然提高了流体的流动阻力，但是流体流过粗糙壁面能产生涡流，增大了流体内的扰动，使得边界层变薄，热阻减小，对流换热增强，但不影响雷诺数的大小。所以，粗糙度增加使得对流传热系数增加，同时管内的温度分布也发生了变化，但是不影响雷诺数的大小。[单选题]12.单相流体外掠管束换热过程中，管束的排列、管径、排数以及雷诺数的大小均对表面传热系数（对流换热系数）有影响，下列说法不正确的是()。[2018年真题]A.雷诺数Re增大，表面传热系数增大B.在较小的雷诺数下，叉排管束表面传热系数大于顺排管束C.管径和管距减小，表面传热系数增大D.后排管子的表面传热系数比前排高正确答案：C参考解析：管束换热的关联式为：A项，雷诺数Re增大，扰动增大，表面传热系数h增大。B项，一般叉排的扰动比顺排强，因此表面传热系数h也较大。D项，后排管子的表面传热系数h是第一排管子的1.3～1.7倍，因为后排管子上流体的流动被由前排管子引起的涡旋所干扰，则扰动较前排大。C项，横向管间距s1和纵向管间距s2对表面传热系数h的影响是相反的，横向管间距s1减小，表面传热系数h减小；纵向管间距s2减小，表面传热系数h增大。[单选题]13.在单相流体管内受迫流动充分发展段中，边界条件对换热有较大影响，下列说法中不正确的是()。[2013年真题]A.常壁温下，流体温度沿管长按对数规律变化B.常热流下，沿管长流体与壁面温度差保持为常数C.常热流下，壁面温度沿管长非线性变化D.常热流下，沿管长流体温度线性变化正确答案：C参考解析：根据管内换热流体温度变化曲线，如图2-6-5所示，tw（x）为流体温度，tf（x）为壁面温度。图（a）为常热流，在充分发展段中，其沿管长流体与壁面温度差保持为常数，沿管长流体温度线性变化，壁面温度沿管长线性变化；图（b）为常壁温，在充分发展段中，其流体温度沿管长按对数曲线规律变化。（a）常热流管内温度变化曲线（b）常壁温管内温度变化曲线图2-6-5管内换热温度变化[单选题]14.管内流动流体某断面平均温度按()计算。A.对数平均温度B.算数平均温度C.焓值D.质量正确答案：C参考解析：管内流动流体某断面平均温度按焓值计算，则其关系式为：为了计算流体的截面平均温度，必须已知流体的截面温度分布t及速度分布u。[单选题]15.同一流体以同一流速分别进行下列情况对流换热，平均表面传热系数最大的是()。A.横掠单管B.在管内流动C.纵掠平板D.纵掠单管正确答案：A参考解析：由于长管和平板一般较长，边界层较厚，对流换热系数小；在横掠单管时，流体流程较短，边界层较薄，而且在后部会出现边界层的脱离，使表面传热系数较大。[单选题]16.流体外掠光滑管束换热时，第一排管子的平均换热系数与后排管子平均换热系数相比，第一排管子的平均换热系数()。A.最小B.最大C.与其他各排相同D.不确定正确答案：A参考解析：流体外掠光滑管束换热时，后排管子受到前排管子对流体的扰动影响，扰动越剧烈，热量的传递与交换也越剧烈，因此后排管子的平均换热系数越大，则第一排管子的平均换热系数最小。[单选题]17.蒸汽沿由上向下方向外掠水平光滑管束凝结换热时，第一排管子的平均凝结表面传热系数()。A.最小B.最大C.与其他各排相等D.不确定正确答案：B参考解析：蒸汽由上向下外掠光滑管束凝结换热时，由于凝液向下流动，除第一排管子以外的后排管子都会受到上排管子凝液的影响，使管子上的凝结液膜增厚，平均表面传热系数减小。因此第一排管子的凝结液膜最薄，平均凝结表面传热系数最大。[单选题]18.20℃的水以1.24m/s的速度外掠长250mm的平板，壁温为60℃。在x＝250mm处的速度边界层厚度δ和温度边界层厚度δ1分别为()。[定性温度取边界层的平均温度tm＝40℃，查得此温度下水的物性参数为：λ＝0.0635W/（m·K），υ＝0.659×10－6m2/s，Pr＝4.31。]A.1.81～1.83mm，1.11～1.13mmB.1.84～1.86mm，1.14～1.16mmC.1.11～1.13mm，1.81～1.83mmD.1.14～1.16mm，1.84～1.86mm正确答案：A参考解析：计算步骤如下：求雷诺数Re，判断流态。当速度u0＝1.24m/s，运动粘度υ＝0.659×10－6m2/s，则在x＝250mm处的雷诺数为：Rex＝u0x/υ＝1.24×0.25/（0.659×10^－6）＝4.7×105。由于外掠平板边界层的流动由层流转变为紊流的临界雷诺数Re>c＝5×105，则在x＝250mm处流体的流态为层流。因此，速度边界层的厚度δ为：δ＝5.0xRex－0.5＝5×0.25×（4.7×105）－0.5＝1.82×10－3m＝1.82mm；温度边界层的厚度δub>1为：δ1＝δPr－1/3＝1.82×4.31－1/3＝1.12mm。[单选题]19.采取下列()措施可提高管内受迫流动换热系数。A.增加流速，减小管径B.增加流速，增大管径C.降低流速，减小管径D.降低流速，增大管径正确答案：A参考解析：管内强制对流换热的关联式为：Nu＝0.023Re0.8Prn。加热流体时，n＝0.4；冷却流体时，n＝0.3。将努谢尔特准则Nu＝hd/λ、雷诺准则Re＝ud/v、普朗特准则Pr＝cpvρ/λ代入上式中，可得：h＝f（u0.8＋n，d－0.2，λ1－n>，cpnp）。式中，h为流体对流换热系数；u为流速；d为直径；λ为导热系数；cp为定压比热容。由此可知增加流速u和减小管径d可提高管内受迫流动换热系数h。[单选题]20.常物性流体管内受迫流动，沿管长流体的平均温度，在常热流边界条件下呈()变化，在常壁温边界条件下呈()规律变化。A.对数曲线，对数曲线B.对数曲线，线性C.线性，线性D.线性，对数曲线正确答案：D参考解析：常热流边界条件下，当热流密度为常数时，dtf/dx＝const，说明流体的平均温度在常热流边界条件下呈线性变化。常壁温条件下，，则说明流体的平均温度在常壁温热流边界条件下呈对数曲线变化。[单选题]21.水以相同的速度、相同的温度及相同边界条件下沿不同管径的管内作受迫紊流换热，两个管子的直径分别是d1和d2，其中d1＜d2，管长与管径比大于10，当管壁温度大于流体温度，则对应的表面传热系数分别为h1和h2，则h1和h2的关系是()。A.h1/h2＝（d1/d2）0.1B.h1/h2＝（d2/d1）0.1C.h1/h2＝（d1/d2）0.2D.h1/h2＝（d2/d1）0.2正确答案：D参考解析：受迫紊流换热，管长与管径比大于10，当管壁温度大于流体温度时，流体被加热，故应用的准则关联式是：Nu＝0.023Re0.8Pr0.4。由关联式努谢尔准则数Nu＝hl/λ，雷诺数Re＝udρ/μ，普朗特数Pr＝μcp/λ，可得：h＝f（d－0.2）。因此，h1/h2＝（d2/d1）^0.2。[单选题]22.受迫对流中一般都存在自然对流的影响，可以忽略自然对流影响的受迫对流应满足()。A.Gr/Re2＜0.1B.Gr/Re2≤10C.Gr/Re2≥0.1D.Gr/Re2≥10正确答案：A参考解析：判断自然对流影响程度时，可根据浮升力与惯性力的相对大小来确定。格拉晓夫准则数Gr的数值反映了浮升力与黏滞力的相对大小；雷诺准则数Re反映了流体流动时惯性力与黏滞力的相对大小。一般情况下，当Gr/Re2＜0.1，认为是纯受迫对流；当0.1≤Gr/Re2＜10时，认为是混合流动；当Gr/Re2≥10时，可作为纯自然对流。因此，当Gr/Re2＜0.1时，受迫对流可以忽略自然对流影响。[单选题]23.无限空间自然对流，在常壁温或常热流边界条件下，当流态达到旺盛紊流时，沿程表面传热系数hx将()。A.增大B.不变C.减小D.开始减小，而后增大正确答案：B参考解析：由图2-6-6可得，在常热流或常壁温边界条件下，当流态达到旺盛紊流时，沿程表面传热系数hx将保持不变。图2-6-6[单选题]2