《传热学对流换热》PPT课件

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1、第六章对流换热本章教学内容6-0有关概念6-1牛顿冷却公式和表面传热系数6-2影响对流换热的主要因素6-3对流换热微分方程组6-4对流换热的无量纲准则6-5自然对流换热的计算6-6强制对流换热的计算自然界中的种种对流现象强制对流与自然对流电子器件冷却沸腾换热原理空调蒸发器、冷凝器动物的身体散热对流换热：工程上流体流过一物体表面时的热量传递过程。流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。自然界不存在单一的热对流，必然同时伴随着热传导。热对流（Convection）流体流过与其

2、温度不同的固体壁面时发生的热量传递过程。既有热对流，也有导热。不是基本传热方式。对流换热1)暖气管道；2)电子器件冷却；3)内燃机气缸、活塞的冷却。对流换热的实例流体的宏观运动+微观的导热，导热与热对流同时存在的复杂热传递过程必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层对流换热的机理与通过紧靠换热面的薄膜层的热传导有关。对流换热的特点对流传热过程分类6-0有关概念一、实际流体的粘性和运动状态（一）实际流体的粘性1、粘性是指流体流动时流体内部产生内摩

3、擦力的性质。体现流体内摩擦力及粘性作用的实验由于各层流体之间的速度不同，相互间就存在着相对滑动，即流体发生了剪切变形，于是各层之间产生出一种抵抗变形的力，称为内摩擦力或粘性力。2、牛顿内摩擦定律流体运动所产生的内摩擦力与沿接触面法线方向的速度梯度成正比，与接触面的面积成正比，并与流体的物理性质有关。3、表示流体粘性大小的物性指标动力粘度µ，单位kg/(ms)运动粘度ν，单位m2/s粘性是流体的一种物理属性，µ或ν的大小与流体种类有关。对同一流体，其值又随温度而异。（二）实际流体的运动状态1、雷诺实验1883年，雷诺在有水流动的

4、玻璃管进口处注入有颜色的液体后发现的现象。2、层流和湍流层流：整个流场呈一簇互相平行的流线。特点：流体具有明显分层流动现象，相邻两层之间不存在流体微团的混杂，而只有分子间的相互交换。湍流（紊流）：流体质点做复杂无规则的运动。特点：流体在流动的垂直方向上出现明显而不规则的混杂现象。3、临界速度两种流动状态相互转换时的流体流动速度。——临界速度——管道直径——运动粘度——临界雷诺数4、雷诺数和临界雷诺数雷诺数Re定义式：临界雷诺数Rec：速度等于临界速度时的雷诺数。临界雷诺数Rec可作为判别层流、湍流的依据。Re

5、Re>Rec(上):湍流Re的值界于上、下临界雷诺数之间时，流体处于层流到湍流的过渡状态，这一区域称为过渡区。5、层流底层（贴壁流体层）流体在做湍流运动时，在管壁附近形成一层流速很低的极薄的层流，称为层流底层。层流底层的厚度随着流速的增加（即Re增加）而减薄。层流底层湍流核心二、边界层（一）速度(流动)边界层1、速度边界层的形成原因粘性流体流过固体壁面时，由于流体与壁面之间摩擦阻力的影响，壁面附近的流体速度会减小，即从来流速度减小到壁面的零速度。2、速度边界层图，见右图。3、速度边界层定义把紧靠壁面、速度变化比较剧烈的流体层叫做

6、速度（流动）边界层。理想流体：在速度边界层外，速度梯度等于零，粘性力等于零。这样的流体称为理想流体。（二）热边界层（温度边界层）1、热边界层的形成原因流体流过壁面时，如果流体与壁面之间存在温差而进行对流换热，沿壁面法线方向流体的温度从壁面温度变到主流温度。近壁流体中温度梯度的存在，说明流体与壁面之间有热量的传递（导热）。2、热边界层图，见下图。3、热边界层定义对流换热时壁面附近出现一层温度变化比较剧烈的流体层，这一流体层叫做热（温度）边界层。（三）对流换热强度与流体运动状态的关系（1）流体静止时，完全依靠导热，此时dt/dy最大

7、；(只有热边界层）（2）层流状态时，以导热为主，dt/dy较大，对流换热较弱；（有热边界层和层流速度边界层）（3）湍流状态时，对流很强，导热可忽略，dt/dy很小；在壁面附近的层流底层，此处主要依靠导热，dt/dy较大。（有热边界层、湍流速度边界层及层流底层）（四）热边界层厚度与热阻的关系热边界层越薄，其热阻越小，换热越强。（五）边界层的特点1、热边界层和速度边界层的厚度很小；2、边界层内速度梯度和温度梯度很大；3、引入边界层后，流动区域可分为边界层区（粘性流体）和主流区（理想流体）；4、边界层内亦有层流和湍流两种状态。6-1牛

8、顿冷却公式和表面传热系数热流体被冷却：式中：Q──对流传热速率，W；h──对流传热系数，W/(m2·℃)；Tw，tw──热流体，冷流体侧壁温，K或者℃；Tf，tf──热、冷流体平均温度，℃；A──传热面积，m2。冷流体被加热：一、对流传热基本方程——牛顿冷却定律