对流表面传热系数ppt课件.ppt

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1、传热学一、热量传递的三种基本方式导热(热传导)对流(热对流)三种基本模式的定义、实例热辐射二、导热1、导热基本定律(Fourier’slaw）1822年，法国数学家傅里叶（Fourier）在实验研究基础上，发现导热基本规律——傅里叶定律垂直导过等温面的热流密度，正比于该处的温度梯度，方向与温度梯度相反导热系数（热导率）直角坐标系中：注：傅里叶定律只适用于各向同性材料各向同性材料：导热系数在各个方向是相同上式称为Fourier定律，号称导热基本定律，是一个一维稳态导热。其中：：热流量，单位时间传递的热量[W]；q：热流密度，单位时间通过单位面积

2、传递的热量；A：垂直于导热方向的截面积[m2]；：导热系数（热导率）[W/(mK)]。一维稳态平板内导热t0xdxdtQ数值：就是物体中单位温度梯度、单位时间、通过单位面积的导热量—物质的重要热物性参数影响导热系数的因素：温度、材料种类导热系数的数值表征物质导热能力大小。实验测定2、导热系数（Thermalconductivity）导热系数表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。保温材料及其表观导热系数多孔性结构的保温材料3、导热微分方程及边界条件导热分为稳态导热和非稳态导热。边界条件：说明导热体边界上过程进行的特点反映

3、过程与周围环境相互作用的条件边界条件一般可分为三类：第一类、第二类、第三类边界条件Q导热热阻的图示t0xdxdtQ导热热阻单位面积导热热阻导热热阻：平壁，圆筒壁4、通过肋片的导热及传热强化第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热：为了增加传热量，可以采取哪些措施?（1）增加温差（tf1-tf2），但受工艺条件限制（2）减小热阻：a)金属壁一般很薄(很小)、热导率很大，故导热热阻一般可忽略b)增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的c)增大换热面积A也能增加传热量—肋片强化传热的原理肋片效率：肋面总效率：等截面直肋：（2）物理意义无量纲热阻无

4、量纲时间Fo越大，热扰动就能越深入地传播到物体内部，因而，物体各点地温度就越接近周围介质的温度。5、非稳态导热（1）定义：物体的温度随时间变化的导热过程。非稳态导热过程中，物体的温度t和导热量F随时间变化。6、求解导热问题的三种基本方法：(1)理论分析法；(2)数值计算法；(3)实验法7、导热部分作业题1－102－32－42－51二、对流换热1、对流换热的定义和性质对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的热量传递现象。●对流换热实例：1)暖气管道;2)电子器件冷却；3)电风扇(1)导热与热对流同时存在的复杂热传递过程(2)必须有直接接触（流

5、体与壁面）和宏观运动；也必须有温差(3)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2、对流换热的特点3、对流换热的基本计算式牛顿冷却式:——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量影响h因素：流动形式、物性、几何形状、对流类型等（Convectionheattransfercoefficient）3、对流表面传热系数4、对流换热的影响因素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：(1)流动起因;(2)流动状态;(3)流体有无相变;(4)换热表

6、面的几何因素;(5)流体的热物理性质(1)流动起因自然对流：流体因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：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动(2)流动状态(3)流体有无相变层流：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流：流体质点做复杂无规则的运动（紊流）（Laminarflow）（Turbulentflow）单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等（Singlephaseheattransfer）（Phasechange）（Condensation）（Boiling）(4)换热表面的几何因素：内部流动对流换热：管内或槽内

7、外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束(5)流体的热物理性质：导热系数密度比热容动力粘度运动粘度体胀系数综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：5、对流换热的分类：6、对流换热边界层微分方程组:(常物性、稳态、无内热源、二维、不可压缩牛顿流体)求出温度场之后，可以利用牛顿冷却微分方程：计算当地表面对流传热系数3个方程，3个未知量,dp/dx可由边界层外理想流体的伯努利方程确定.——可求得速度场(u,v)和温度场(t)，既适用于层流，也适用于紊流（瞬时值）7无量纲量的获得：相似分析法和量纲分析法相似分析法：在已知物理现象数学描述的基础上，建立两现象

8、之间的一些列比例系数，尺寸相似倍数，并导出这些相似系数之间的关系，从而获得无量纲量。以左图的对流换热为例，现象1：现象2：数学描述：对自