对流换热部分.ppt

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1、梁秀俊高等传热学对流换热部分一、对流换热概述二、对流换热基本方程三、边界层四、边界层微分方程组五、外掠平板层流边界层积分方程组六、圆管内层流充分发展的流动与换热七、对流换热实验关联式到目前为止，对流换热问题的研究还很不充分。(a)某些方面还处在积累实验数据的阶段；(b)某些方面研究比较详细，但由于数学上的困难；使得在工程上可应用的公式大多数还是经验公式（实验结果)。梁秀俊高等传热学一、对流换热概述1.定义对流换热：流体流过固体壁面时发生的热量传递过程。静止运动twtf对流换热的机理：导热和热对流

2、共同作用。梁秀俊高等传热学2.对流换热的分类梁秀俊高等传热学一些对流换热的表面传热系数数值范围对流换热类型表面传热系数hW/(m2K)空气自然对流换热1～10水自然对流换热200～1000空气强制对流换热10～100高压水蒸汽强制对流换热500~3500水强制对流换热1000～15000水沸腾2500～35000水蒸气凝结5000～25000通过对流换热壁面传给流体的热流量。3.牛顿冷却公式梁秀俊高等传热学二、对流换热基本方程(求解h)1.对流换热微分方程式(表面传热系数与温度场的关系）梁秀俊

3、高等传热学为便于分析，推导时作下列假设：流动是二维的。流体为不可压缩的牛顿型流体。流体物性为常数、无内热源。粘性耗散产生的耗散热可以忽略不计。梁秀俊高等传热学2.运动流体能量微分方程导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体内能的增量梁秀俊高等传热学导热x方向y方向梁秀俊高等传热学x方向y方向热对流梁秀俊高等传热学运动流体中的能量微分方程与纯导热相比增加了对流项其他方程也可以类似推导得到Q导热+Q对流=H如果流体有内热源，则在右端加入即可梁秀俊高等传热学3.直角坐标下，二维稳态、常物性、不可压

4、流体对流换热问题的微分方程组5个方程，5个未知量—理论上可解梁秀俊高等传热学理论求解对流换热思路温度场特别是壁面附近的温度分布温度场受到流场的影响流场温度场能量方程能量守恒定律连续性方程动量方程动量守恒定律质量守恒定律对流换热微分方程式梁秀俊高等传热学例题如图所示两水平间距为b的无限大平板，下板静止，上板以速度U向右匀速运动，两板间的流体在剪力维持下做纯剪切层流流动，这种流动也称为简单库埃特流。若下板温度为tw1、上板温度为tw2，求板间流体的速度分布、温度分布。梁秀俊高等传热学分析：求解该题的

5、思路是首先建立坐标，写出对流传热微分方程组，然后根据该问题涉及的流动与传热的特点，将方程组中的各方程进行简化求解。库埃特流是稳态层流，因此其微分方程组中各非稳态项均为零；在图中所建立坐标情况下，流体只在x方向有流速u，在y方向流速υ为0；任何特性沿x方向不变；忽略体积力。梁秀俊高等传热学梁秀俊高等传热学练习：推导三维常物性不可压缩流动能量方程。习题7-4若两板都固定不动，而流体以一定的入口速度在两板间做充分发展层流，速度分布如何？若流体在管内作充分发展层流呢？梁秀俊高等传热学三、边界层1.流动边

6、界层（1）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。边界层厚度d处速度等于99%主流速度。99%u∞u∞梁秀俊高等传热学如：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。(2)特点：边界层厚度δ是比壁面尺度L小一个数量级以上的小量。δ<

7、一般取梁秀俊高等传热学(4)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，而只在边界层区才需要考虑流体的粘性作用。xy0lxdu∞主流区边界层区梁秀俊高等传热学2.温度边界层（热边界层）(1)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。温度边界层厚度δt的规定：过余温度等于99%主流区流体的过余温度。梁秀俊高等传热学(2)特点：温度边界层厚度δt也是比壁面尺度l小一个数量级以上的小量。δt<

8、也可分为主流区和边界层区，主流区流体中的温度变化可看作零，因此，只需要确定边界层区内的流体温度分布。梁秀俊高等传热学3.利用边界层概念定性分析对流换热外掠平板梁秀俊高等传热学管内流动局部表面传热系数hx的变化如何判断流动状态？梁秀俊传热学HeatTransfer牛顿流体,常物性,无内热源,耗散不计,稳态,二维,略去重力.数量级分析法：通过比较方程式中各项数量级的相对大小，把数量级较大的项保留下来，舍去数量级较小的项，实现方程式的合理简化。主流速度：温度：壁面特征长度：边界层厚度：x与l相当，即：