传热学英文讲义翻译传热学_8-1.ppt

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1、HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity定义：自然对流:以自然方式引起的流体运动。特征:自然对流引起的流体流速较低，通常低于1m/s。第8章自然对流HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity8-1自然对流的物理机制自然对流换热的范围:*电子设备的冷却，如TV,VCR;*电暖气和蒸汽散热器的散热;*制冷盘管和电线的散热;人体和动物身体的散热，等等。HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity注意:气体的自然对流换热通常都伴有

2、与其大小相当的辐射换热，发射率较低的壁面除外。现象:煮熟的鸡蛋在空气中冷却.传热方式:1.自然对流;2.辐射.HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity忽略辐射换热.自然对流换热机制:1.由于蛋壳将热量传给其周围的空气，使得蛋壳周围的空气温度将会上升;2.蛋壳周围的空气温度高了，其密度就减小了;3.温度高的空气向上运动，温度低的气体则运动到蛋壳附近。像这样，由于蛋壳外周围流体温度场不均匀所引起的流动称为自然对流。HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity由自然

3、对流引起的热量传递称为自然对流换热。如果鸡蛋和周围空气之间没有自然对流换热，那么这其中只存在着热传导一种热量传递方式。受力分析:流体所受浮升力等于流体本身重力HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity流体所受净力：这个力大小与上式中两个密度之差成正比。例:将一个鸡蛋放入水中1.由于鸡蛋密度较大，鸡蛋会沉在容器的底部;2.如果鸡蛋的密度较小，它则会浮在水面上;3.如果鸡蛋密度与水的密度相等，当鸡蛋完全浸没在水中时，鸡蛋便会停在水中的某个地方。HeatTransfer8-1BeijingJiaoton

4、gUniversity宇宙飞船中没有重力，因此就没有自然对流换热。体积膨胀系数β1.用温差来表示浮升力；2.用温差来表示密度的变化；3.它是定压下与温度变化相对应的密度变化的度量。HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity用差量代替偏微分：对于理想气体：讨论:1.流体的β越大说明它的密度受温度的影响越大;2.β∆T表示在恒定的压力下，流体体积的变化与温度的变化是一致的。代表了流体的体积在恒定压力下因温度变化而发生的变化。HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversit

5、y3.散热（吸热）表面与其周围的流体的温差越大，流体的所受浮升力越大，自然对流强度就越大，进而自然对流换热率就越大;4.换热表面与流体之间的自然对流换热强度的大小直接关系到流体的传质速率的大小;5.这种情况下，流体的流动速率是由流体所受浮升力和摩擦力之间的动态平衡所决定的。HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity实验研究:大多数描述自然对流换热的关联式都是通过实验的方法得出的,自然对流试验中较常用的设备是马赫-曾德干涉仪，他可以给出壁面附近的流体的等温线。HeatTransfer8-1Beiji

6、ngJiaotongUniversity平滑且平行的曲线表示流动为层流，但存在着漩涡和不规则流动。(b)表示流动为湍流。曲线离壁面很近，说明温度梯度较大。Gr（格拉晓夫数）Gr数表示流体所受浮升力与粘性力之比。意义类似于强制对流中的Re数。HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity引入Δρ≈ρβ∆T作用:1.Gr数在描述自然对流中所起的作用就相当于Re数在描述强制对流中所起的作用。2.Gr数是描述自然对流为层流还是湍流的准则数。HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUnive

7、rsity自然对流的换热率：温差是影响自然对流换热的重要因素，也影响着换热系数。HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity8-2表面上的自然对流换热影响表面自然对流换热的因素:*表面的几何形状*方向,*表面上温度的变化*流体物性HeatTransfer8-1BeijingJiaotongUniversity速度分布图:在速度边界层的外缘以及竖板的表面上，流体的速度为0。2.流体速度随着离开壁面的距离的增大而增大，达到一个最大值，而后又逐渐减小，在离壁面足够远的距离处速度减小为。FIGURE8-4T

8、ypicalvelocityandtemperatureprofilesfornaturalconvectionflowoverahotverticalplateattemperatureTsinsertedinaflu