传热学第56章对流换热

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1、第五章对流换热ConvectionHeatTransfer§5-1对流换热概述1、对流换热的定义和性质对流换热——流体流经固体时，流体与固体表面之间的热量传递现象●对流换热实例：1)暖气管道；2)电子器件冷却；3)电风扇●对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式8/9/2021-2-第5章对流换热——§5-1对流换热概述对流——由于宏观运动，冷、热流体各部分相互掺混所导致的热量传递过程(1)导热与热对流同时存在的复杂热传递过程(2)必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差(3)由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁

2、面处会形成速度梯度很大的边界层2、对流换热的特点3、对流换热的基本计算式牛顿冷却公式:8/9/2021-3-第5章对流换热——§5-1对流换热概述4、表面传热系数（对流换热系数）——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题。8/9/2021-4-第5章对流换热——§5-1对流换热概述5、对流换热的影响因素对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。影响对流换热的因素就是影响流动的因素及影响流体中热量传递的因素，归纳起来主要有以下五个方面：(1)流动起因;(2)流动状

3、态;(3)流体有无相变;(4)换热表面的几何因素;(5)流体的热物理性质6、对流换热的分类：(1)流动起因自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动8/9/2021-5-第5章对流换热——§5-1对流换热概述(2)流动状态层流：整个流场呈一簇互相平行的流线（Laminarflow）湍流：流体质点做复杂无规则的运动（紊流）（Turbulentflow）(3)流体有无相变单相换热（Singlephaseheattransfer）：相变换热(Phasechange)：凝结(Condens

4、ation)、沸腾(Boiling)、升华(sublimation)、凝固(coagulation)、融化(thaw)8/9/2021-6-第5章对流换热——§5-1对流换热概述(4)换热表面的几何因素：内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束显热的变化潜热的变化换热表面的形状、大小、换热表面与流体运动方向的相对位置、换热表面的状况(光滑&粗糙)(5)流体的热物理性质：热导率:密度：比热容:动力粘度：8/9/2021-7-第5章对流换热——§5-1对流换热概述（单位体积流体能携带更多能量）、Þhcr综合以上可见h是众多因素的函

5、数：对流换热分类树8/9/2021-8-第5章对流换热——§5-1对流换热概述8/9/2021-9-第5章对流换热——§5-1对流换热概述研究对流换热的方法：解析法；实验法；比拟法；数值法7、对流换热的研究方法（1）分析法(analyticalmethod)：对描述某一类对流换热的问题的偏微分方程及相应的定解条件进行解析求解，获得对应的速度场和温度场的方法。只能对个别简单的对流换热问题进行求解（2）实验法(experimentalmethod)：通过实验获得表面对流换热系数的方式。目前工程设计的主要依据，在相似原理指导下进行试验（3）比拟法(analo

6、gymethod)：通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性，建立其表面对流换热系数与阻力系数间的相互关系。在传热学发展的早期曾广泛用来获得湍流换热的计算式（4）数值法(numericalmethod)：计算传热学在近30年内得到迅速发展，将日益显示出其重要作用8、如何从解得温度场计算对流换热系数根据傅里叶定律：8/9/2021-10-第5章对流换热——§5-1对流换热概述当粘性流体在壁面上流动时，由于表面粗糙和粘性的作用，流体的流速在靠近壁面处随离壁面的距离的缩短而逐渐降低，形成流动边界层。在这一极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递在贴壁处流

7、速滞止，处于无滑移状态（即：y=0,u=0），形成一极薄的不运动的贴壁流体层。根据傅里叶定律：根据牛顿冷却公式：由傅里叶定律与牛顿冷却公式：对流换热过程微分方程式8/9/2021-11-第5章对流换热——§5-1对流换热概述h取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况（层流或紊流）、流速的大小及其分布、表面粗糙度等温度场取决于流场质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程对流换热过程微分方程式:8/9/2021-12-第5章对流换热——§5-1对流换热概述第一类边界条件：壁面温度已知，需求贴壁流体温度梯度

8、第二类边界条件：壁面热流密度已知，需求得壁面温度第三类边界条件：h是已知的。这里h是待求的，λ