第5章对流传热的理论基础与工程计算ppt课件.ppt

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1、第五章对流传热的理论基础与工程计算§5-1概述§5-3流动边界层和热边界层§5-2对流传热问题的数学描述§5-4对流传热实验研究的理论基础§5-5管内强迫对流传热的实验关联式§5-7自然对流传热本章内容要求：重点内容：对流换热及其影响因素；牛顿冷却公式；用分析方法求解对流换热问题的实质；边界层概念及其应用；相似原理掌握内容：对流换热及其影响因素；用分析方法求解对流换热问题的实质第1节概述重点１．对流换热的概念：流体与固体壁面间2．对流换热中，导热和对流同时起作用；3．对流换热的影响因素：h——过程量；4．对流换热系数如何确定牛顿公式只是对流换热系数h的一个定义式，并没有揭示h与影响它

2、的各物理量间的内在关系，研究对流换热的任务就是要揭示这种内在的联系，确定计算表面换热系数的表达式。自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。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）1、对流换热的定义对流换热是指流体流经固体时与温度不同的固体表面之间的热量传递现象。●对流换热实例：1)暖气管道;2)电子器件冷却；3)电风扇●对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式有流体的宏观运动；有温差；对流换热既有热对流，也有热传导；流体与

3、壁面必须有直接接触；没有热量形式之间的转化2、对流换热的特点3、对流换热的基本计算式牛顿冷却式:或热流密度：4、表面传热系数（对流换热系数）h——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题流体流动的起因流体有无相变流体的流动状态换热表面的几何因素流体的物理性质5、影响对流换热系数的因素(1)流动起因自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动(2)流动状态（Laminarflow）层流：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流：流体质点做复杂无规则的运

4、动（紊流）（Turbulentflow）(3)流体有无相变单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化(4)换热表面的几何因素：内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束(5)流体的热物理性质：热导率密度比热容动力粘度运动粘度体胀系数（1）导热系数：导热系数大，流体内和流体与壁之间的导热热阻小，换热就强，如水的导热系数比空气高20余倍，故水的传热系数h远比空气高。（2）比热容与密度：比热容与密度大的流体，单位体积携带更多的热量，从而对流作用传递热量的能量高。（3）粘度：粘度大，阻碍流体的运动，不利于热对流。温度对粘度影响较大，对应液体，粘度随温度增加而降低

5、，气体相反。综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：由于流体内各处温度并不相等，以至各处的物性数值也不系统，为处理方便起见，一般引入定性温度，将热物性作为常数处理。对流换热：导热+热对流；壁面+流动由于流动起因的不同，对流换热分为强制对流换热与自然对流换热两大类；粘性流体存在着层流及湍流两种不同的流态，分为层流对流换热与湍流对流换热；按照流体与固体壁面的接触方式，对流换热可分为内部流动换热和外部流动换热；内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束按照流体在换热中是否发生相变可分为单相流体对流换热和相变对流换热；单相换热和相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等

6、6、对流换热的分类：对流换热分类（1）分析法（2）实验法（3）比拟法（4）数值法研究对流换热的方法：层流底层缓冲层湍流过渡流层流§5-3边界层及边界层对流传热微分方程一、流体外掠平板流动边界层1.物理现象当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，贴附于壁面的流体速度实际上等于零，随着垂直壁面方向的距离增加，流速急剧增大，达到一定距离后δ，流速与来流速度几乎相等，且随着流体沿壁面的流动，厚度δ增大。实验测定若用仪器测出壁面法向（y向）的速度分布，如上图所示。在y=0处，u=0；此后随y增大，u也增大。经过一个薄层后u接近主流速度。1904年，普朗特根据这一实验现象，提出边界层概念。3.

7、流动边界层定义：近壁处流体速度有一法向速度梯度的薄层称为流动边界层（速度边界层）。流动边界层厚度：从速度为0的壁面到相对速度的法向距离称为流动边界层厚度，记为。4.数量级流动边界层很薄，如空气，以掠过平板，在离前缘处的边界层厚度约为。4.边界层数字20℃空气，以10m/s的流速流过平板，在x=100mm处，δ=1.8mm；在x=200mm处，δ=2.5mm。在这样薄的一层流体内，其速度梯度是很大的。在5mm的薄层中，气流速度从0变到16m/s，其法向平均变