《传热学第五章》PPT课件

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1、第五章对流换热对流换热是流体与所流经的固体表面间的热量传递现象。1第五章对流换热1对流换热的性质●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2第五章对流换热(1)导热与热对流同时存在的复杂热传递过程(2)必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差(3)由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层2对流换热的特点3第五章对流换热5-1对流传热概说1.牛顿冷却公式=Ah(tw－tf)q=h(tw－tf)h—整个固体表面的平均表面传热系数;tw—固体表面

2、的平均温度;tf—流体温度，对于外部绕流，tf取远离壁面的流体主流温度；对于内部流动，tf取流体的平均温度。4第五章对流换热2表面传热系数（对流换热系数）——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5第五章对流换热对等壁温，对照式=Ah(tw－tf)可得如何确定表面传热系数的大小是对流换热计算的核心问题，也是本章讨论的主要内容。对于局部对流换热，6第五章对流换热3.对流换热的影响因素影响流体导热和对流的所有因素主要有以下五个方面：(1)流动的起因：影响流体的速度分布与温度分布。强迫对流换热自然对流换热7第五章对流换热(2)流动的状态层

3、流湍流：主要靠分子扩散（即导热）。：湍流比层流对流换热强烈(3)流体有无相变沸腾换热凝结换热8第五章对流换热(4)流体的物理性质1）热导率，W/(mK)，愈大，对流换热愈强烈；2）密度，kg/m33）比热容c，J/(kgK)。c反映单位体积流体热容量的大小，其数值愈大，对流换热愈强烈；4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；9第五章对流换热（5）体胀系数V，K－1。对于理想气体，pv=RT，代入上式，可得V=1/T。定性温度：体胀系数影响影响自然对流换热。用来确定物性参数数值的温度。称

4、为定性温度。V10第五章对流换热(6)换热表面的几何因素换热表面的几何形状、尺寸、相对位置以及表面粗糙度等表面传热系数是很多变量的函数特征长度（定型尺寸）几何因素11第五章对流换热4.对流换热分类小结12第五章对流换热5对流传热的研究方法（1）分析法（2）实验法（3）比拟法（4）数值法13第五章对流换热6对流换热过程微分方程式壁面无滑移状态（即：y=0,u=0）贴壁极薄流体层中，热量只能以导热方式传递根据傅里叶定律：14第五章对流换热根据傅里叶定律：根据牛顿冷却公式：由傅里叶定律与牛顿冷却公式：对流换热过程微分方程式流体导热系数与导热问题第三类边界条件的区别15

5、第五章对流换热速度场和温度场由对流换热微分方程组确定：质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程对流换热过程微分方程式hx取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度hx与流场速度有无关系？16第五章对流换热5-2对流换热问题的数学描述b)流体为不可压缩的牛顿型流体为便于分析，只限于分析二维对流换热c)所有物性参数（、cp、、）为常量4个未知量:：速度u、v；温度t；压力p连续性方程(1)、动量方程(2)、能量方程(3)需要4个方程:a)流体为连续性介质假设：17第五章对流换热1）连续性微分方程（质量守恒）dxxdyy0微元体2）动量微分方程（动量守恒）x方

6、向:y方向:惯性力粘性力体积力纳维埃(N.Navier)-斯托克斯(G.G.Stokes)方程压力差18第五章对流换热3）能量微分方程（能量守恒）dxxdyy0常物性、无内热源、不可压缩牛顿流体对流换热的能量微分方程式。若u=v=0导热微分方程式导热微分方程式实质上就是内部无宏观运动物体的能量微分方程式。19第五章对流换热几点讨论1.流体静止2.稳态对流3.有内热源20第五章对流换热常物性、无内热源、不可压缩牛顿流体二维对流换热微分方程组：4个微分方程含有4个未知量(u、v、p、t)，方程组封闭。原则上，方程组对于满足上述假定条件的对流换热（强迫、自然、层流、湍流

7、换热）都适用。21第五章对流换热5对流换热过程的单值性条件单值性条件：能单值地反映对流换热过程特点的条件单值性条件包括四项：几何、物理、时间、边界完整数学描述：对流换热微分方程组+单值性条件(1)几何条件平板、圆管；竖直圆管、水平圆管；长度、直径等说明对流换热过程中的几何形状和大小22第五章对流换热(2)物理条件如：物性参数、、c和的数值，是否随温度和压力变化；有无内热源、大小和分布说明对流换热过程的物理特征(3)时间条件稳态对流换热过程不需要时间条件—与时间无关说明在时间上对流换热过程的特点23第五章对流换热(4)边界条件说明对流换热过程的边界特点边界条件

8、可分为二类