傳遞過程原理講課提綱11

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1、第八章對(duì)流傳熱§1對(duì)流傳熱的機(jī)理和膜系數(shù)一、對(duì)流傳熱機(jī)理1、對(duì)流傳熱方式：2、對(duì)于層流狀態(tài)下的流體，其傳熱是以導(dǎo)熱方式進(jìn)行的，根據(jù)傅立葉定律可知，其導(dǎo)熱速率與溫度梯度成正比，但溫度梯度又與流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。故流動(dòng)對(duì)導(dǎo)熱有顯著影響。3、對(duì)流傳熱機(jī)理緊靠壁面—－層流內(nèi)層中為純粹導(dǎo)熱離壁面－定的距離—－緩沖層中為分子導(dǎo)熱與渦流傳熱共同作用主體—－渦流傳熱二、熱邊界層概念①流動(dòng)流體中存在溫度梯度的區(qū)域稱為熱邊界層。②與流動(dòng)過程的邊界層相類似，熱邊界層厚度δt亦定義為流體與壁面之間的溫度達(dá)到最大溫差max的99%時(shí)所對(duì)應(yīng)的流體厚度δ。③很顯然，δt=f(x)。一般而言，動(dòng)量邊界層厚度δ不

2、等于熱量邊界層厚度δt。三、對(duì)流傳熱膜系數(shù)1.流體流經(jīng)壁面時(shí)，形成主體區(qū)，緩沖層及層流內(nèi)層。2.在層流內(nèi)層中：傳熱以導(dǎo)熱方式進(jìn)行；主體中以渦流傳熱方式進(jìn)行。3.總熱阻的70%以上集中于層流內(nèi)層中，其中的溫度梯度亦很大。4.為使對(duì)流傳熱問題的處理簡(jiǎn)化，采用流體主體平均溫度與壁面溫度之差(tb-ts)作為對(duì)流傳熱溫度差，全部熱阻集中于厚度為δt的層流內(nèi)層中。根據(jù)傅立葉定律，則有：85式中：對(duì)流傳熱膜系數(shù)1.若膜厚度隨平壁位置變化，則在垂直（長(zhǎng)度）方向的平均膜厚度系數(shù)可按下式計(jì)算：§2層流下的熱量傳遞一、平壁層流流動(dòng)的精確解此處流動(dòng)雖為層流，但是屬于理想情況。因?yàn)闇囟炔畲嬖趯?dǎo)致

3、自然對(duì)流進(jìn)而產(chǎn)生微團(tuán)運(yùn)動(dòng)。因此，并無真正意義上的完全層流傳熱，只是忽略了對(duì)流影響而已。對(duì)于大平板上的二維流動(dòng)，根據(jù)普蘭德邊界層理論有：若同時(shí)還發(fā)生穩(wěn)態(tài)的傳熱，則由能量方程有：由于在數(shù)量級(jí)上：y~δ(δt),δ<

4、η8–1.4277×10-8η11f’(η)0.33206η-2.29715×10-3η4+1.99776×10-5η7–1.57047×10-7η10討論：a根據(jù)精確解可見：當(dāng)ux/u0=0.99時(shí)，η≈5.0。85即：此時(shí)邊界層厚度為或這一結(jié)果與前述基本吻合。b距平板前沿x處的粘性力，由牛頓粘性定律有由×10-3η4+1.99776×10-5η7–1.57047×10-7η10有：即：或?qū)τ趯挒閎,長(zhǎng)為L(zhǎng)的平板，其面上所受流體粘性力（曳力）為：c距平板前沿x處的曳力系數(shù)CDCD=對(duì)于寬為b,長(zhǎng)為L(zhǎng)的平板，流體流過平板時(shí)的平均曳力系數(shù)：二、平板上層流傳熱（能量方程）的精確

5、解前已述及，對(duì)邊界層中有：邊界及初始條件：①y=0，t=ts；②y=∞，t=t0；③x=0t=t085解：作無因次變換，令：于是原方程變換為：η=0，T=0；η=∞，T=1式中：—無因次流函數(shù)即于是其特定解為：討論：①平板穩(wěn)態(tài)層流傳熱系數(shù)(距前沿x處)仿照傅立葉定律（牛頓冷卻定律）故：又：因?yàn)椋汗剩杭矗海ˋ）85若令：則上式（A）成為：根據(jù)波爾豪森（Pohlhausen）等人對(duì)Pr在0—15范圍內(nèi)的流體研究結(jié)果：于是：①長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為b的平板層流傳熱平均對(duì)流傳熱膜系數(shù)=即：②流動(dòng)（速度或動(dòng)量）邊界層厚度δ與傳熱邊界層厚度δt的關(guān)系：對(duì)于傳熱，已得出：=0.332對(duì)于動(dòng)量傳遞，

6、已得出平板層流流動(dòng)的精確解為：f’(η)0.33206η-2.29715×10-3η4+1.99776×10-5η7–1.57047×10-7η10于是：又：于是：即：85三、平板層流傳熱的近似解——溫度邊界層中熱流積分方程及其求解采用精確解法，雖然精度較高，但比較繁瑣。仿照普蘭德和卡門邊界層動(dòng)量積分方程的推導(dǎo)方法，可以導(dǎo)出溫度邊界層內(nèi)熱流積分方程。①進(jìn)入1—2面的質(zhì)量速率為，熱流速率為②同理在x方向輸出的熱流速率△q△q=q3-4–q1-2=③通過2—3面進(jìn)入控制體的質(zhì)量流率為：[，由此所帶入的熱量流率為：④在平板底面（1—4面），雖無流體穿過其中，但仍有導(dǎo)熱傳入（傳出）

7、，其導(dǎo)熱速率服從傅立葉定律，即：式中A=1×dx，設(shè)t0>ts即：對(duì)穩(wěn)定系統(tǒng)作熱量衡算q1-2+q2-3=q3-4+q4-1即：=整理即得：即：若為一維流動(dòng)，則：式中四、傳熱邊界層熱流積分方程求解85設(shè)熱邊界層中，溫度分布可近似表示為：t=a+by+cy2+dy3并滿足：①y=0，t=ts及（因平板上為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，故=常數(shù)）；②y=；t=t0及。將上述條件代入t~~y關(guān)系，可得：a=ts，，c=0，即：85