高等传热学课件对流部分chap2-R.ppt

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1、高等传热学AdvancedHeatTransferChap.2Boundarylayerapproximations&boundarylayerequations高等传热学AdvancedHeatTransfer§2-1Velocityboundarylayerandthermalboundarylayer一、velocityboundarylayer定义：当流体流过固体壁面时,由于流体粘性的作用,使得在固体壁面附近存在速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层或速度边界层。2.速度边界层厚度d：速度等于99%主流速度。高等传热学Advance

2、dHeatTransfer如：20℃空气在平板上以16m/s的速度流动，在1m处边界层的厚度约为5mm。3.特点：边界层厚度d是比壁面尺度l小一个数量级以上的小量。d<

3、体在其成长过程中可能受到另一侧固体表面的限制，形成边界层干扰或汇合流动入口段：速度边界层厚度由零发展到汇合于通道中心高等传热学AdvancedHeatTransfer6.引入速度边界层的意义：流动区域可分为主流区和边界层区，主流区可看作理想流体的流动，只在边界层区才需要考虑流体的粘性作用。xy0lxdu∞主流区边界层区高等传热学AdvancedHeatTransfer二、Thermalboundarylayer定义：在对流换热时，固体壁面附近温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层。2.温度边界层厚度dt的规定：过余温度等于99%主

4、流区流体的过余温度。高等传热学AdvancedHeatTransfer思考：热边界层厚度可否定义成tδ＝99％t∞？高等传热学AdvancedHeatTransfer3.特点：温度边界层厚度dt也是比壁面尺度l小一个数量级以上的小量。dt<

5、度反映了流体中由于分子运动而扩散动量的能力，这一能力越大，粘性的影响传递越远，因而流动边界层越厚。相类似，热扩散率越大则温度边界层越厚。普朗特数反映了流动边界层与温度边界层厚度的相对大小。δδtPr>1δtδPr<16.比较δ与δt的相对大小高等传热学AdvancedHeatTransfer（1）高普朗特数流体，如一些油类的流体，在102~103的量级；（2）中等普朗特数的流体，0.7~10之间，如气体为0.7~1.0,水为0.9~10；（3）低普朗特数的流体,如液态金属等，在0.01的量级。根据普朗特数的大小，流体一般可分为三类：高等传

6、热学AdvancedHeatTransfer高等传热学AdvancedHeatTransfer边界层总结：流场区域可以分为边界层区和主流区边界层内及很大边界层内流动状态分为层流与湍流，湍流边界层又分为湍流核心与层流底层高等传热学AdvancedHeatTransfer层流：温度呈抛物线分布湍流边界层贴壁处的温度梯度明显大于层流，湍流换热比层流换热强湍流：温度呈幂函数分布高等传热学AdvancedHeatTransfer摩托车车手的膝盖需要特别的保温措施，为什么？高等传热学AdvancedHeatTransfer1.两种导出方法§2-2Bo

7、undarylayerequations(1)基于奇异摄动理论的匹配渐进展开法，揭示了Prandtl的边界层理论实际是黏性流体渐近理论的特殊情况(2)数量级对比2.研究对象：外掠平板，2D，常物性，稳态，层流，不可压缩流体，忽略黏性耗散高等传热学AdvancedHeatTransfer高等传热学AdvancedHeatTransfer边界层微分方程组是指对边界层区域的数学描述，它是在完整的数学描述基础上根据边界层的特点简化而得到。简化可采用数量级分析的方法。xy0lxdu∞主流区边界层区高等传热学AdvancedHeatTransfer以

8、稳态、二维、常物性、不可压缩流体的对流换热问题为例，其微分方程组可表示为：高等传热学AdvancedHeatTransfer3.边界层分析先无量纲化，使其在0－1之间变化，这样所有量的偏导数的