力学与传热学(中文)第10章对流换热ppt课件.ppt

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1、工程热力学与传热学传热学第十章对流换热第十章对流换热内容要求掌握对流换热问题的机理和影响因素了解对流换热的数学描述边界层理论概述与边界层内对流换热微分方程组的简化外掠等壁温平板层流换热分析解简介掌握对流换热的实验研究方法，相似原理各种典型对流换热的基本特点和计算方法（管内强制对流换热，外掠壁温强制对流换热，自然对流换热等）10-1对流换热概述10-1-1基本概念和计算公式1.对流换热（Convectionheattransfer）流体流过另一个物体表面时，对流和导热联合起作用的热量传递现象。2.牛顿冷却公式（Newton’slawo

2、fcooling）若流体被加热：若流体被冷却：式中：h—固体表面的平均表面换热系数。W/m2.K（theconvectionheattransfercoefficient）tw—固体表面的平均温度。tf—流体温度。外部绕流（外掠平板，圆管）：tf为流体的主流温度。内部流动（各种形状槽道内的流动）：tf为流体的平均温度。d管内流动tf4.局部表面传热系数与平均表面传热系数局部对流换热时，局部热流密度：整个换热物体表面的总对流换热量：平均表面传热系数：tw-tf=Const对流换热的核心问题10-1-2对流换热的影响因素1.流动的起因—

3、—强迫对流与自然对流强迫对流换热（ForcedFlow）流体在风机，水泵或其他外部动力作用下产生的流动。自然对流换热（NaturalFlow）流体在不均匀的体积力作用下产生的流动。强迫对流对空气h：自然对流2.流动的状态——层流流动与湍流流动层流（Laminarflow）流速缓慢沿轴线或平行于壁面作规则分层运动热量传递：主要靠导热（垂直于流动方向）Oils--theflowofhigh-viscosityfluidatlowvelocitiesistypicallylaminar.Example湍流（Turbulentflow）流体

4、内部存在强烈脉动和旋涡运动各部分流体之间迅速混合热量传递：主要靠对流湍流边界层层流底层：导热湍流核心区：对流导热对流Air--theflowoflow-viscosityfluidathighvelocitiesistypicallyturbulent.Example3.流体有无相变有相变的换热——沸腾换热与凝结换热加热水沸腾，由液态变为气态蒸气在对流换热中被冷却而凝结流体发生相变时的换热规律及强度和单相流体不同就对流传热方式而言有相变的传热比无相变传热强烈。强制对流比自然对流强烈。4.流体的热物理性质（Physicalproper

5、tiesoffluid）对对流换热的强弱有非常大的影响。密度和比热容常温下：水空气体积热容：单位体积流体热容量的大小导热系数λ影响流体内部的热量传递过程和温度分布λ越大，导热热阻越小，对流换热越强烈常温下：水空气冷却能力强换热能力强粘度μ（Viscosity）影响速度分布与流态（Laminar,turbulentflow）μ越大，分子间约束越强，相同流速不易发展成湍流状态高粘度流体（oils）多处于层流状态，h较小对自然对流换热有很大影响影响重力场中因密度差而产生的浮升力大小体积膨胀系数α（Thevolumeexpansioncoe

6、fficient）Referencetemperature定性温度几种对流传热过程表面传热系数的数值大致范围传热过程介质种类表面传热系数h[W/m2.K]自然对流空气1-10水200-1000强制对流气体20-100高压水蒸气500-35000水1000-1500水的相变换热沸腾2500-35000蒸汽凝结5000-25000就介质而言，水的对流传热比空气强烈。就对流传热方式而言有相变的传热比无相变传热强烈。强制对流比自然对流强烈。说明5.换热表面的几何因素（Thesurfacegeometricconditions）对对流换热有显

7、著影响影响流态，速度分布，温度分布d管内流动Characteristiclength特征长度换热表面的几何形状，尺寸，相对位置，表面粗糙度等。总结影响对流换热的因素：对强迫对流换热对自然对流换热浮升力项包含的因子定性温度用来确定物性参数数值的温度。例如：流体的平均温度；流体与壁面温度的算术平均值等。特征长度代表几何因素对换热的影响。例如：管内换热以内径为特征长度；沿平板流动以流动方向的尺寸为特征长度等。10-1-3对流传热的研究方法1.分析法：指对描写某一类对流传热问题的偏微分方程及定解条件进行数学求解，从而获得速度场和温度场的分析

8、解。可得出精确解或近似解。适用简单问题。2.数值法：对对流换热过程的特征和主要参数变化趋势作出预测。3.实验法：相似原理和量纲分析理论。4.比拟法：利用流体动量传递和热量传递的相似机理，建立表面传热系数和阻力系数之间的相互关系。对流传