《对流传热原理》PPT课件

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1、知识回顾：一、对流换热的定义及影响因素流动起因;流动状态;流体有无相变;换热表面的几何因素;流体的热物理性质。三、对流换热微分方程温度场温度场受流场的影响速度场、温度场、压力场动量、质量、热量守恒方程方程组过于复杂，引入边界层概念简化最终目的：能够通过简化方程得到分析解、分析温度场影响因素二、研究方法（分析；比拟；实验；数值）动量守恒方程:能量守恒方程:质量守恒方程:二维、常物性、不可压流体对流换热问题数学描述:对流换热微分方程:4个方程，4个未知量——可求得速度场(u,v)、温度场(t)及压力场(p)，既适用于层流，也适用于紊流（瞬时值）方程组复杂，获得确切解

2、几乎不可能。流场控制方程特例：三、边界层微分方程组边界层微分方程组是指对边界层区域的数学描述，它是在完整的数学描述基础上根据边界层的特点简化而得到的。简化可采用数量级分析的方法。数量级分析：比较方程中各量或各项数量级的相对大小；保留量级较大的量或项；舍去那些量级小的项，使方程大大简化。以稳定的二维、常物性、不可压流体的对流换热问题为例，对其微分方程组进行数量级分析简化。§5-3边界层型对流传热问题数学描述5个基本量的数量级：边界层厚度：0(1)、0(δ)表示数量级为1和δ，1>>δ。“~”——“相当于”特征长度：温度：主流速度：§5-3边界层型对流传热问题数学描

3、述连续性方程：§5-3边界层型对流传热问题数学描述能量微分方程：数量级=α§5-3边界层型对流传热问题数学描述动量微分方程：在边界层内，粘滞力与惯性力数量级相同§5-3边界层型对流传热问题数学描述边界层内任一截面压力p与y无关，即p=p(x)表明：边界层内的压力梯度仅沿x方向变化，而边界层内法向压力梯度极小。主流压力：§5-3边界层型对流传热问题数学描述于是得到流体平行流过平板边界层换热微分方程组:质量守恒方程：动量守恒方程：能量守恒方程：区别：方程个数减少了一个；动量方程和能量方程中x方向的二阶导数项略去了。§5-3边界层型对流传热问题数学描述四、普朗特数的物

4、理意义忽略重力场，压力梯度为零时，与t之间的关系：能量守恒方程:动量守恒方程：动量传递与热量传递规律相似。Pr——反映流体的动量扩散能力与其热量扩散能力的对比关系，也表示流动边界层和温度边界层的相对厚度。§5-3边界层型对流传热问题数学描述当Pr=1时，动量方程与能量方程完全相同，δ=δt;当Pr>1时，Pr=/a，>a，粘性扩散>热量扩散，速度边界层厚度>温度边界层厚度；当Pr<1时，Pr=/a，1δtδT∞u∞§5-3边界层型对流传热问题数学描述根据

5、普朗特数的大小，一般流体可分为三类：（1）高普朗特数流体，如一些油类的流体，在102~103的量级；（2）中等普朗特数的流体,0.7~10之间，如气体在0.7~1.0,水为0.9~10；（3）低普朗特数的流体,如液态金属等，在0.01的量级。§5-3边界层型对流传热问题数学描述（1）上述边界层概念及分析是以沿平板的无界外部流动为例进行介绍的，内部流动的边界层情况将有很大的变化，后面会介绍；（2）在平板前缘很短的一段距离内，边界层理论不适用；（3）若出现边界层脱体，或发生回流情况，边界层的特性也将改变；（4）对于高普朗特数的油类和低普朗特数的液态金属，边界层的分析

6、也不适用。五、应用边界层概念应注意的问题§5-3边界层型对流传热问题数学描述一、外掠等温平板的层流流动下对流换热问题的分析解边界层厚度：局部摩擦系数：热边界层厚度：§5-4流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论(1)努塞尔数Nux(2)雷诺数(3)层流流动的判别条件：Re

7、性参数Prm=0.699，ρm=1.128kg/m3，μm=19.1×10-6Pa·s，λm=2.76×10-2W/(m2·K)。利用两个不同物理现象之间在控制方程方面的相似性，通过测定其中一种现象的规律而获得另一种现象基本关系的方法。在外掠平板层流流动的对流换热过程中，利用上述精确求解的结果，可以得到:上式说明表面传热系数与壁面摩擦系数之间存在一定相互关系。一般来说，壁面摩擦系数相对容易通过实验测得，这样就可利用它们间的关系来计算表面传热系数。二、比拟理论§5-4流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论1.基本思想通过研究热量传递与动量传递的共性，建立起表面传热系

8、数与阻力系数之间的相互关