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()。
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】
粗糙度的增加虽然提高了流体的流动阻力,但是,粗糙度扩大了换热面积,流体流过粗糙壁面能产生涡流,使得边界层变薄,热阻减小,换热增强。所以,粗糙度增加使得对流传热系数增加,雷诺数增大,管内的温度分布也发生了变化。
影响对流传热系数的因素
对流传热过程是流体与壁面间的传热过程,所以凡是与流体流动及壁面有关的因素,也必然影响对流传热系数的数值,实验表明传热系数值与流体流动产生的原因。流体的流动形态、流体的物性、流体有无相变和加热面的几何形状、尺寸、相对位置等因素有关。
一般来说对性质相近的流体,强制对流的传热系数大于自然对流的传热系数。湍流流动的对流传热系数大于层流流动的对流传热系数,对于同一种流动形态,流速越大,对流传热系数越大。
流体的物性有流体的粘度、导热系数、密度、比热容、体积膨胀系数等。对于有相变的传热,还有相变热的影响,除粘度外,其余的物性,随着其增加,对流传热系数相应增大。对于同一种流体,有相变的传热系数大于无相变的传热系数。
传热的形状、大小、相对位置影响传热,如冬天房间采暖,应将加热壁面放置空间的下部,反之,夏天的冷却装置,应放置空间的上部。
牛顿指出,流体与固体壁面之间对流传热的热流与它们的温度差成正比,即:
q = h*(tw-t∞)
Q = h*A*(tw-t∞)=q*A
式中:q为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量,称作热流密度,单位W/m^2;tw、t∞分别为固体表面和流体的温度,单位K;A为壁面面积,单位m^2;Q为单位时间内面积A上的传热热量,单位W;h称为表面对流传热系数,单位W/(m^2.K)。
扩展资料牛顿冷却公式中的比例系数,一般记做h,以前又常称对流换热系数,单位是W/(㎡*K),含义是对流换热速率,在数值上等于单位温度差下单位传热面积的对流传热速率。
牛顿冷却公式:流体被加热时 q=h(Tw-Tf)
流体被冷却时 q=h(Tf-Tw)
其中,Tw及Tf分别为壁面温度和流体温度,℃。如果把温差(亦称温压)记为ΔT,并约定永远为正值,则牛顿冷却公式可表示为:q=hΔTΦ=hAΔT
其中q为热流密度,单位是瓦/平米(W/㎡),Φ为热流,单位是瓦(W)。
参考资料来源:百度百科-对流换热系数
生活中的力学问题
高尔夫球:表面光滑还是粗糙?
高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰,当时人们认为表面光滑的球飞行阻力小,因此用皮革制球(如图2最早的高尔夫球(皮革已龟裂))。 后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远,这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论(参见图1)后才解开。现在的高尔夫球表面有很多窝坑,在同样大小和重量下,飞行距离为光滑球的5倍。
高尔夫球的表面做成有凹点的粗糙表面,就是利用粗糙度使层流转变为紊流的临界雷诺数减小,使流动变为紊流,以减小阻力的实际应用例子。最初,高尔夫球表面是做成光滑的,后来发现表面破损的旧球反而打的更远。原来是临界Re数不同的结果。高尔夫球的直径为41。1毫米,光滑球的临界RE数为3。85×E5,相当的自由来流空气的临界速度为135米/秒,实际上由于制造得不可能十分完善,速度要稍微低一些。一般高尔夫球的速度达不到这么大,因此,空气绕流球的情况属于小于临界Re数的情况,阻力系数Cd较大。将球的表面做成粗糙面,促使流动提早转变为紊流,临界RE数降低到E5, 相当的临界速度为35
米/秒,一般高尔夫球的速度要大于这个速度。因此,流动属于大于临界Re数的情况,阻力系数Cd较小,球打得更远。乒乓球运动时分离则属于层流分离。