《相对流换热》PPT课件

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1、1单相对流换热第9章9.1对流换热的物理机制9.2边界层理论简介9.3沿平壁的对流换热计算9.4绕流圆柱体的对流换热计算9.5管内对流换热计算9.6自然对流换热计算9.7对流换热的强化29.1对流换热的物理机制对流换热的物理机制比导热复杂很多，原因是对流换热中热对流和热传导两种换热方式同时发生，流体的速度和方向等很多项物性参数都对换热的强弱具有重要影响。对流换热的强弱用表面传热系数来表示表面传热系数的物理实质。紧贴壁面的流体是静止不动的，这被称为无滑移条件。于是热量传递在通过这一层“静止”的流体时只能依靠导热机理3特定x位置的局部表面传热系数沿程变化，当对流换热温差恒定时

2、，表面上的平均表面传热系数与局部值之间具有影响对流换热的主要因素为(1)流动状态和流动的起因层流、湍流和过渡流雷诺数，ReuL/，临界雷诺数4(2)流体的热物理性质密度和比热容导热系数粘度流体的物性全部都是温度的函数定性温度，或称参考温度边界层的平均温度tm=(tw+tf)/2，也称为边界层膜温度对流换热计算中存在一项特别的无量纲物性特征数，称为普朗特数，Pr/a。它表示流体扩散动量的能力与扩散热量能力的相对大小。(3)换热表面的几何参数特征尺寸，习惯上也称为定型尺寸(4)表面的热边界条件层流状态对边界条件的变化比较敏感，而湍流时不甚敏感。两种最典型的热边界条件是

3、恒壁温和恒热流59.2边界层理论简介均匀速度u的流体从平板上方流过，壁面上的流体静止速度边界层，也称为流动边界层速度边界层外缘达到主流速度的99％6把整个流场划分成两个区域：紧贴壁面的薄层区域为边界层区。这里的速度梯度非常大，即使流体的粘度不很大，粘性切应力也不容忽视。边界层以外是主流区，也称势流区。这里流体的速度几乎是均匀一致的。于是不论流体的粘度如何，粘性切应力都可以忽略不计，即主流区的流体可以近似被视为无粘性的理想流体。层流边界层湍流边界层：紧贴壁面极薄的粘性底层、起过渡作用的缓冲层以及湍流核心三部分组成。7当流体与壁面之间存在温差时，温度的变化也主要发生在紧贴壁

4、面的一个薄层内，其中的温度梯度非常大：热边界层。在壁面上，有ty=0=tw流体过余温度比(tw－t)/(tw－tf)=0.99所对应的离壁距离为热边界层厚度，记作t。根据热边界层概念，整个流场也可以划分成两个区域：温度变化剧烈、导热机理起重要作用的热边界层区，和热边界层以外的近似等温流动区。结论：研究对流换热只需要关注热边界层以内的热量传递规律就够了。边界层理论的重要贡献在于极大地缩小了流场求解域的范围。支配方程组得到了很大简化。8LudwigPrandtl（1875—1953）9OsborneReynolds(1842—1912)WilhelmNusselt（188

5、2—1957）109.3沿平壁的对流换热计算定义以下的无量纲参数代入式(9-2)，得到局部努塞尔数Nux,流体在壁面上的无量纲温度梯度。11在恒壁温条件下，层流和湍流的局部努塞尔数分别等于Rex<5×105，0.6≤Pr≤155×105

6、件下，局部努塞尔数只比恒壁温时大约高4％结论：层流对边界条件的变化比较敏感，湍流状态对边界条件不甚敏感。管内对流换热也同样。149.4绕流圆柱体的对流换热计算流体绕流圆柱体时的流场绕流圆柱体尾部流场的可视化15计算管表面平均表面传热系数的邱吉尔－伯恩斯坦关联式只要求：RedPr>0.2茹卡乌斯卡斯（A.Zhukauskas）计算式除壁面普朗特数Prw以外，其它所有物性按主流温度取值。各项常数值见表9–1。16管束传热计算(1)排列方式和管间距顺排和叉排(2)前排尾流对后排有影响排数修正172000

7、E.D.Grimison）计算关联式常数C、m的值见表9-2。排修正系数n，其值见表9–3。189.5管内对流换热计算管内速度分布：截面速度分布，速度剖面，流动入口段，充分发展段管内流动状态：9.5.1管内流动和换热的基本概念19管流的临界雷诺数，记作Rec。层流的速度剖面是一个二次抛物线，而湍流速度剖面一般可以近似表示为1/7次幂抛物线层流和湍流流动入口段长度●管截面平均温度称为整体温度或杯混温度20●管内的热边界层温度剖面最终定型的温度分布（温度剖面）与壁面上的加热或冷却条件（热边界条件）有关热入口段与换热充分发展段因管