传递过程原理讲课提纲11

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1、第八章对流传热§1对流传热的机理和膜系数一、对流传热机理1、对流传热方式：2、对于层流状态下的流体，其传热是以导热方式进行的，根据傅立叶定律可知，其导热速率与温度梯度成正比，但温度梯度又与流动状态有关。故流动对导热有显著影响。3、对流传热机理紧靠壁面—－层流内层中为纯粹导热离壁面－定的距离—－缓冲层中为分子导热与涡流传热共同作用主体—－涡流传热二、热边界层概念①流动流体中存在温度梯度的区域称为热边界层。②与流动过程的边界层相类似，热边界层厚度δt亦定义为流体与壁面之间的温度达到最大温差max的99%时所对应的流体厚度δ。③很显然，δt=f(x)。一般而言，动量边界层厚度δ不

2、等于热量边界层厚度δt。三、对流传热膜系数1.流体流经壁面时，形成主体区，缓冲层及层流内层。2.在层流内层中：传热以导热方式进行；主体中以涡流传热方式进行。3.总热阻的70%以上集中于层流内层中，其中的温度梯度亦很大。4.为使对流传热问题的处理简化，采用流体主体平均温度与壁面温度之差(tb-ts)作为对流传热温度差，全部热阻集中于厚度为δt的层流内层中。根据傅立叶定律，则有：85式中：对流传热膜系数1.若膜厚度随平壁位置变化，则在垂直（长度）方向的平均膜厚度系数可按下式计算：§2层流下的热量传递一、平壁层流流动的精确解此处流动虽为层流，但是属于理想情况。因为温度差存在将导致

3、自然对流进而产生微团运动。因此，并无真正意义上的完全层流传热，只是忽略了对流影响而已。对于大平板上的二维流动，根据普兰德边界层理论有：若同时还发生稳态的传热，则由能量方程有：由于在数量级上：y~δ(δt),δ<

4、η8–1.4277×10-8η11f’(η)0.33206η-2.29715×10-3η4+1.99776×10-5η7–1.57047×10-7η10讨论：a根据精确解可见：当ux/u0=0.99时，η≈5.0。85即：此时边界层厚度为或这一结果与前述基本吻合。b距平板前沿x处的粘性力，由牛顿粘性定律有由×10-3η4+1.99776×10-5η7–1.57047×10-7η10有：即：或对于宽为b,长为L的平板，其面上所受流体粘性力（曳力）为：c距平板前沿x处的曳力系数CDCD=对于宽为b,长为L的平板，流体流过平板时的平均曳力系数：二、平板上层流传热（能量方程）的精确

5、解前已述及，对边界层中有：边界及初始条件：①y=0，t=ts；②y=∞，t=t0；③x=0t=t085解：作无因次变换，令：于是原方程变换为：η=0，T=0；η=∞，T=1式中：—无因次流函数即于是其特定解为：讨论：①平板稳态层流传热系数(距前沿x处)仿照傅立叶定律（牛顿冷却定律）故：又：因为：故：即：（A）85若令：则上式（A）成为：根据波尔豪森（Pohlhausen）等人对Pr在0—15范围内的流体研究结果：于是：①长为L、宽为b的平板层流传热平均对流传热膜系数=即：②流动（速度或动量）边界层厚度δ与传热边界层厚度δt的关系：对于传热，已得出：=0.332对于动量传递，

6、已得出平板层流流动的精确解为：f’(η)0.33206η-2.29715×10-3η4+1.99776×10-5η7–1.57047×10-7η10于是：又：于是：即：85三、平板层流传热的近似解——温度边界层中热流积分方程及其求解采用精确解法，虽然精度较高，但比较繁琐。仿照普兰德和卡门边界层动量积分方程的推导方法，可以导出温度边界层内热流积分方程。①进入1—2面的质量速率为，热流速率为②同理在x方向输出的热流速率△q△q=q3-4–q1-2=③通过2—3面进入控制体的质量流率为：[，由此所带入的热量流率为：④在平板底面（1—4面），虽无流体穿过其中，但仍有导热传入（传出）

7、，其导热速率服从傅立叶定律，即：式中A=1×dx，设t0>ts即：对稳定系统作热量衡算q1-2+q2-3=q3-4+q4-1即：=整理即得：即：若为一维流动，则：式中四、传热边界层热流积分方程求解85设热边界层中，温度分布可近似表示为：t=a+by+cy2+dy3并满足：①y=0，t=ts及（因平板上为稳态导热，故=常数）；②y=；t=t0及。将上述条件代入t~~y关系，可得：a=ts，，c=0，即：85