第5章对流传热理论与计算-3-边界层理论ppt课件.ppt

《第5章对流传热理论与计算-3-边界层理论ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、上节课本章的目标——用理论或实践的方法具体给出各种场合下h的计算关系式(经验半经验公式)对流传热的影响因素——流动的起因及流动的状态——流体的热物理性质——换热面的形状、大小和位置——相变的影响、介质类型的影响对流传热的分类1上节课换热微分方程式——对流传热的计算式能量微分方程式——计算流体的温度场2描述对流传热问题的控制方程3§5-3边界层概念及边界层传热微分方程组对流项的非线性目前为止完整的动量方程方程仍然没有求出解析解4§5-3边界层概念及边界层换热微分方程组★普朗特提出了边界层理论★边界层理论的意义：简化N-S方程，得到分析解★类似于流动边界层，提出了热边界层，以

2、简化能量方程1904年，德国科学家普朗特L.Prandtl5普朗特普朗特（LudwigPrandtl1875~1953）德国力学家。近代力学奠基人之一普朗特在大学时学习机械工程，后在慕尼黑工业大学主攻弹性力学，1900年获得博士学位6普朗特1904年海德堡国际数学大会上宣读关于边界层的论文（全名是《论粘性很小的流体的运动》），受到哥廷根大学数学F．克莱因教授（德国数学家，在非欧几何、群论、函数论中有贡献）的赏识克莱因推荐他担任哥廷根大学应用力学系主任，后又支持他建立并主持空气动力实验所和威廉皇家流体力学研究所7普朗特普朗特在力学方面取得许多开创性成果——边界层理论——风洞

3、实验技术——机翼理论——湍流理论普朗特的边界层理论极大地推进了空气动力学的发展8一纵掠平板流动的流动（速度）边界层－外部流动的代表产生原因：粗糙壁面＋流体的粘性壁面：——无滑移边界条件1流动边界层定义9壁面的摩擦力：通过粘性向流体内部传递，使壁面附近流体速度远远小于来流速度离开壁面距离的增加：壁面的阻滞作用减弱，流体的速度逐渐恢复10速度边界层（Velocityboundarylayer）：将壁面附近速度存在强烈变化的流体薄层速度边界层的外缘—主流速度的99％处速度边界层厚度—壁面至边界层外缘间的距离BoundaryLayerThickness，记作δ112速度边界层的特

4、征（1）边界层厚度和壁面尺寸相比是一个小量12（2）边界层区和主流区边界层内速度变化剧烈，主流区速度几乎不变速度梯度极大，粘性力大边界层内粘性力和惯性力处于同一数量级考虑流体粘性，实际流体，适用N-S方程边界层区内：13（2）边界层区和主流区边界层内速度变化剧烈，主流区速度几乎不变主流区：可忽略粘性切应力无粘性的理想流体采用伯努利方程描述14（3）边界层厚度沿流动方向是不断增加的15（4）边界层内的流态——主流区无粘性，不必考虑流态——边界层区，粘性流体，有层流、湍流之分流态判断准则——雷诺数16☆层流：Re小，粘滞力起主要作用，能保持规则的层状流动☆湍流：Re大，惯性力

5、起主要作用，流动不规则、杂乱无章☆边界层内粘性力和惯性力的相对大小使边界层内也会出现层流、紊流两种不同流态17平板前缘：δ小，速度梯度大，粘性力大，为层流层流边界层（laminarboundarylayer）特点：层状、有秩序的滑动状流动，各层之间互不干扰18随x的增加，δ逐渐增加，粘性力和惯性力的大小对比要发生变化在xc后，边界层内惯性力相对强大，使边界层变得不稳定起来——过渡流边界层19随x继续增加，惯性力起主要作用，旺盛湍流边界层特点：依靠宏观涡旋来传递动量，传递能力强，边界层明显增厚20湍流边界层的三层结构假说——层流底层（laminarsublayer）——缓冲

6、层（bufferlayer）——湍流核心（turbulentregion）21紧贴壁面：速度梯度极高，粘性力占主导，保持层流特性——层流底层，也称为粘性底层远离壁面：粘性影响迅速减弱，速度剖面相对很平坦，惯性力占主导——湍流核心二者之间缓冲层22流体外掠平板时的流动边界层平板：临界雷诺数：Rec23贴壁处速度梯度的比较湍流时贴壁处的速度梯度远大于层流时的速度梯度24流动边界层理论小结(1)<

7、－温度边界层1921年，波尔豪森（E.Pohlhausen）提出在壁面加热作用下，流体温度将发生变化：——和壁面直接接触的流体：具有壁面温度Tw——随着离开壁面距离的增加，流体的温度逐渐得以恢复（为什么？）Tw26壁面附近温度变化的机理27热边界层—将壁面附近温度发生剧烈变化的流体薄层ThermalboundarylayerTw1热边界层的定义28热边界层厚度—外缘至壁面间的距离热边界层外缘—过余温度比为0.99的位置Tw引入过余温度比定义热边界层厚度292热边界层的特点（1）热边界层区和主流区——热边界层区：温度变化非常剧烈