對流換熱部分.ppt

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1、梁秀俊高等傳熱學(xué)對流換熱部分一、對流換熱概述二、對流換熱基本方程三、邊界層四、邊界層微分方程組五、外掠平板層流邊界層積分方程組六、圓管內(nèi)層流充分發(fā)展的流動與換熱七、對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式到目前為止，對流換熱問題的研究還很不充分。(a)某些方面還處在積累實驗數(shù)據(jù)的階段；(b)某些方面研究比較詳細(xì)，但由于數(shù)學(xué)上的困難；使得在工程上可應(yīng)用的公式大多數(shù)還是經(jīng)驗公式（實驗結(jié)果)。梁秀俊高等傳熱學(xué)一、對流換熱概述1.定義對流換熱：流體流過固體壁面時發(fā)生的熱量傳遞過程。靜止運動twtf對流換熱的機理：導(dǎo)熱和熱對流

2、共同作用。梁秀俊高等傳熱學(xué)2.對流換熱的分類梁秀俊高等傳熱學(xué)一些對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)數(shù)值范圍對流換熱類型表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hW/(m2?K)空氣自然對流換熱1～10水自然對流換熱200～1000空氣強制對流換熱10～100高壓水蒸汽強制對流換熱500~3500水強制對流換熱1000～15000水沸騰2500～35000水蒸氣凝結(jié)5000～25000通過對流換熱壁面?zhèn)鹘o流體的熱流量。3.牛頓冷卻公式梁秀俊高等傳熱學(xué)二、對流換熱基本方程(求解h)1.對流換熱微分方程式(表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與溫度場的關(guān)系）梁秀俊

3、高等傳熱學(xué)為便于分析，推導(dǎo)時作下列假設(shè)：流動是二維的。流體為不可壓縮的牛頓型流體。流體物性為常數(shù)、無內(nèi)熱源。粘性耗散產(chǎn)生的耗散熱可以忽略不計。梁秀俊高等傳熱學(xué)2.運動流體能量微分方程導(dǎo)熱引起凈熱量+熱對流引起的凈熱量=微元體內(nèi)能的增量梁秀俊高等傳熱學(xué)導(dǎo)熱x方向y方向梁秀俊高等傳熱學(xué)x方向y方向熱對流梁秀俊高等傳熱學(xué)運動流體中的能量微分方程與純導(dǎo)熱相比增加了對流項其他方程也可以類似推導(dǎo)得到Q導(dǎo)熱+Q對流=?H如果流體有內(nèi)熱源，則在右端加入即可梁秀俊高等傳熱學(xué)3.直角坐標(biāo)下，二維穩(wěn)態(tài)、常物性、不可壓

4、流體對流換熱問題的微分方程組5個方程，5個未知量—理論上可解梁秀俊高等傳熱學(xué)理論求解對流換熱思路溫度場特別是壁面附近的溫度分布溫度場受到流場的影響流場溫度場能量方程能量守恒定律連續(xù)性方程動量方程動量守恒定律質(zhì)量守恒定律對流換熱微分方程式梁秀俊高等傳熱學(xué)例題如圖所示兩水平間距為b的無限大平板，下板靜止，上板以速度U向右勻速運動，兩板間的流體在剪力維持下做純剪切層流流動，這種流動也稱為簡單庫埃特流。若下板溫度為tw1、上板溫度為tw2，求板間流體的速度分布、溫度分布。梁秀俊高等傳熱學(xué)分析：求解該題的

5、思路是首先建立坐標(biāo)，寫出對流傳熱微分方程組，然后根據(jù)該問題涉及的流動與傳熱的特點，將方程組中的各方程進(jìn)行簡化求解。庫埃特流是穩(wěn)態(tài)層流，因此其微分方程組中各非穩(wěn)態(tài)項均為零；在圖中所建立坐標(biāo)情況下，流體只在x方向有流速u，在y方向流速υ為0；任何特性沿x方向不變；忽略體積力。梁秀俊高等傳熱學(xué)梁秀俊高等傳熱學(xué)練習(xí)：推導(dǎo)三維常物性不可壓縮流動能量方程。習(xí)題7-4若兩板都固定不動，而流體以一定的入口速度在兩板間做充分發(fā)展層流，速度分布如何？若流體在管內(nèi)作充分發(fā)展層流呢？梁秀俊高等傳熱學(xué)三、邊界層1.流動邊

6、界層（1）定義：當(dāng)流體流過固體壁面時,由于流體粘性的作用,使得在固體壁面附近存在速度發(fā)生劇烈變化的薄層稱為流動邊界層或速度邊界層。邊界層厚度d處速度等于99%主流速度。99%u∞u∞梁秀俊高等傳熱學(xué)如：20℃空氣在平板上以16m/s的速度流動，在1m處邊界層的厚度約為5mm。(2)特點：邊界層厚度δ是比壁面尺度L小一個數(shù)量級以上的小量。δ<

7、一般取梁秀俊高等傳熱學(xué)(4)引入速度邊界層的意義：流動區(qū)域可分為主流區(qū)和邊界層區(qū)，主流區(qū)可看作理想流體的流動，而只在邊界層區(qū)才需要考慮流體的粘性作用。xy0lxdu∞主流區(qū)邊界層區(qū)梁秀俊高等傳熱學(xué)2.溫度邊界層（熱邊界層）(1)定義：在對流換熱時，固體壁面附近溫度發(fā)生劇烈變化的薄層稱為溫度邊界層或熱邊界層。溫度邊界層厚度δt的規(guī)定：過余溫度等于99%主流區(qū)流體的過余溫度。梁秀俊高等傳熱學(xué)(2)特點：溫度邊界層厚度δt也是比壁面尺度l小一個數(shù)量級以上的小量。δt<

8、也可分為主流區(qū)和邊界層區(qū)，主流區(qū)流體中的溫度變化可看作零，因此，只需要確定邊界層區(qū)內(nèi)的流體溫度分布。梁秀俊高等傳熱學(xué)3.利用邊界層概念定性分析對流換熱外掠平板梁秀俊高等傳熱學(xué)管內(nèi)流動局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hx的變化如何判斷流動狀態(tài)？梁秀俊傳熱學(xué)HeatTransfer牛頓流體,常物性,無內(nèi)熱源,耗散不計,穩(wěn)態(tài),二維,略去重力.數(shù)量級分析法：通過比較方程式中各項數(shù)量級的相對大小，把數(shù)量級較大的項保留下來，舍去數(shù)量級較小的項，實現(xiàn)方程式的合理簡化。主流速度：溫度：壁面特征長度：邊界層厚度：x與l相當(dāng)，即：