《对流传热原理》PPT课件

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1、第二部分对流传热第五章对流传热的理论基础第六章单相对流传热的实验关联式第七章相变对流传热加热蒸汽釜冷凝水物料物料搅拌器夹套式换热器第五章对流传热原理（ConvectionHeatTransfer）§5-1对流换热概述§5-2对流传热微分方程组§5-3边界层型对流传热问题数学描述§5-4流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论§5-1对流换热概述一、对流换热的定义和机理定义:流体流过固体壁面时所发生的热量传递过程。是宏观的热对流和微观的热传导的综合传热过程。机理：既有热对流，也有导热，不是基本的热量传递方式。

2、对流传热实例：暖气管道;电子器件冷却；电风扇§5-1对流换热概述二、影响对流换热的因素§5-1对流换热概述对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。其影响因素主要有以下五个方面：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。(a)流动起因自然对流：因流体各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。强制对流：因外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动。1883年,英国物理学家雷诺(OsboneReynolds):DBAC墨水流线玻璃管雷诺实验(b)流动状态§5-

3、1对流换热概述(a)层流(b)过渡流(c)湍流实验现象:层流：整个流场呈一簇互相平行的流线。湍流(紊流)：流体质点做复杂无规则的运动。（Laminarflow）（Turbulentflow）紊流流动极为普遍。收获季节的麦浪滚滚，旗帜在微风中轻轻飘扬以及袅袅炊烟都是由空气的紊流引起的。§5-1对流换热概述(c)流体有无相变单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固等（Singlephaseheattransfer）§5-1对流换热概述(d)壁面的几何形状、大小和位置内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换

4、热：外掠平板、圆管、管束§5-1对流换热概述外部流动（a）强迫对流热面朝下（b）自然对流热面朝上内部流动(e)流体的热物理性质流体内部和流体与壁面间导热热阻小阻碍流体流动，不利于热对流自然对流换热增强可以携带更多的热量§5-1对流换热概述综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：§5-1对流换热概述§5-1对流换热概述三、对流换热的分类分析解法：采用数学分析求解的方法，有指导意义。比拟法：通过研究热量传递与动量传递的共性，建立起表面传热系数与阻力系数之间的相互关系，限制多，范围很小。实验法：通过大量实验获得

5、表面传热系数的计算公式，是目前的主要途径。数值解法：和导热问题数值思想一样，发展迅速，应用越来越多。四、研究对流换热的方法§5-1对流换热概述当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，流体的流速在靠近壁面处随离壁面的距离的缩短而逐渐降低；在贴壁处被滞止，处于无滑移状态（即：y=0,u=0）在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递。五、表面传热系数与温度场的关系§5-1对流换热概述根据傅里叶定律：根据牛顿冷却公式：对流换热微分方程：——它揭示了对流换热问题的本质§5-1对流换热概述例1：温度为80℃的

6、平板置于来流温度为20℃的气流中．假设平板表面中某点在垂直于壁面方向的温度梯度为40℃/mm，试确定该处的热流密度。§5-2对流传热问题的数学描述一、描述对流换热的方程组温度场特别是壁面附近的温度分布温度场受流场的影响流场连续性方程质量守恒定律动量方程动量守恒定律温度场——能量方程能量守恒定律对流换热微分方程式动量守恒方程:能量守恒方程:质量守恒方程:二、二维、常物性、不可压流体对流换热问题数学描述§5-2对流传热问题的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)

7、及压力场(p)，既适用于层流，也适用于紊流（瞬时值）三、流体中的能量方程与纯导热微分方程的区别二维、常物性、无内热源的能量微分方程:非稳态项对流项扩散项§5-2对流传热问题的数学描述与纯导热相比增加了对流项§5-3边界层型对流传热问题数学描述普朗特（1875-1953）：德国力学家，现代流体力学的创始人之一，被誉为“空气动力学之父”。普朗特学派从1904年到1921年逐步将N-S方程作了简化，从推理、数学论证和实验测量等各个角度，建立了边界层理论。我国著名流体力学家、力学教育家陆士嘉曾从师于普朗特，钱学森

8、在美国加州理工学院的导师冯.卡门也是普朗特的学生。边界层理论被广泛地应用到飞机和汽轮机的设计中去，极大地促进了空气动力学的发展。一、流动边界层一、流动边界层§5-3边界层型对流传热问题数学描述1.定义：当流体流过固体壁面时,由于流体粘性的作用,使得在固体壁面附近存在速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层或速度边界层。2.速度边界层厚度δ的规定：速度等于99%主流速度。如：20℃空气在平板上以16m/s的速度流动，在1m处边界层的