对流传热理论基础ppt课件.ppt

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1、对流传热理论基础周帼彦副教授2011-10-11安全工程系列讲座传热强化新技术及其工程应用提纲对流传热概述1对流传热研究进展及方法23总结4无相变对流传热系数计算5练习题自然界中的种种对流现象强制对流与自然对流电子器件冷却沸腾换热原理空调蒸发器、冷凝器动物的身体散热对流传热概述工程上流体流过一物体表面时的热量传递过程。流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。自然界不存在单一的热对流，必然同时伴随着热传导。热对流（Convection）流体流过与其温度不同的固体壁面时发生的热量传递过程。既有热对流，也有导热。不是基本传热方式

2、。对流换热对流传热概述对流传热概述1)暖气管道；2)电子器件冷却；3)内燃机气缸、活塞的冷却。对流换热的实例流体的宏观运动+微观的导热，导热与热对流同时存在的复杂热传递过程必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差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对流换热的机理与通过紧靠换热面的薄膜层的热传导有关。对流传热概述对流换热的特点沸腾换热管内沸腾珠状凝结相变对流换热大容器沸腾膜状凝结凝结换热对流换热管内强制对流换热流体横掠管外强制对流换热流体纵掠平板强制对流换热单相对流换热自然对流混合对流强制对流大空间自然对流层流紊流有限空间自然对流层

3、流紊流对流传热过程分类对流传热概述热流体被冷却：式中：Q──对流传热速率，W；──对流传热系数，W/(m2·℃)；Tw，tw──热流体，冷流体侧壁温，K或者℃；T，t──热、冷流体平均温度，℃；S──传热面积，m2。冷流体被加热：对流传热基本方程——牛顿冷却定律对流传热概述式中：t──总有效膜厚度；e──湍流区虚拟膜厚度；──层流底层膜厚度。牛顿冷却定律的描述建立膜模型：流体被冷却：TTWttWt对流传热概述对流传热概述对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层

4、中。假设：流体与固体壁面之间的传热热阻全集中在厚度为bt有效膜中，在有效膜之外无热阻存在，在有效膜内传热主要以热传导的方式进行。该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。有效膜的概念对流传热概述（1）有效膜的厚度：t（2）有效膜的导热系数：λ（3）使用傅立叶定律计算在虚拟膜内的传热速率：当流体被加热时：当流体被冷却时：对流传热概述推动力：阻力：牛顿冷却定律2.传热膜系数需和传热面积、温度差相对应。管内流动的流体：管外流动的流体：3.牛顿冷却定律可用于传热壁面温度的估算：注：传热壁面温度总是接近膜系数较大侧流体温度。（Si≈So，tw≈

5、Tw)对流传热概述说明：1.牛顿冷却定律是一种推论只是对流换热系数的一个定义式，它并没有揭示与影响它的各物理量间的内在关系，研究对流换热的任务就是要揭示这种内在的联系，确定计算表面换热系数的表达式。影响对流换热的因素，由newton公式转换为影响对流换热系数的因素。不是物性参数，是受多种因素影响的复杂函数。对流传热概述对流传热概述引起流动的原因流动状态流体的物性是否发生流体相变传热面的形状、大小和位置对流传热是流体在具有一定形状及尺寸的设备中流动时发生的热流体到壁面或壁面到冷流体的热量传递过程，因此它必然与下列因素有关：影响对流传热系数的因素：自然对流Freeconvecti

6、on：因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动强迫对流Forcedconvection：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动对流传热概述引起流动的原因对流传热概述对流传热概述雷诺实验流动速度（流动状态）层流Laminarflow：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流Turbulentflow：流体质点做复杂无规则的运动对流传热概述对流传热概述流体的热物理性质（流体物性）：对流传热是导热和流动着的流体微团携带热量的综合作用。导热系数λ、密度ρ、比热容c、粘度η、体积膨胀系数αl等=f(tw、tf、、、c、al、u、v、g△t、l、d……）对流传热概述流体有无相变（

7、流体相变）：单相换热Singlephaseheattransfer：相变换热Phasechange：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等流体相变时吸收或放出汽化潜热比比热容大得多，且破坏了层流底层强化了传热。传热面的形状、大小和位置：壁面的几何形状、大小和位置：影响到流体沿壁面的流动状态、速度分布和温度，从而影响对流换热系数。内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束对流传热概述对流传热研究进展及方法自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。某些方面还处在积累实验