动量传递和热量传递的类比及相似理论基础汇总ppt课件.ppt

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1、HeatTransfer传热学BuildingEnergyEfficiencyistheWaveoftheFuture!§5对流换热分析建筑环境与设备工程专业主干课程之一!Chapter5TheAnalysisofConvectionHeatTransferHeatTransfer本章内容要求：重点内容：对流换热及其影响因素；牛顿冷却公式；用分析方法求解对流换热问题的实质；边界层概念及其应用；相似原理；无相变换热的表面传热系数及换热量的计算。掌握内容：对流换热及其影响因素；用分析方法求解对流换热问题的实质。1、温度为30℃的空气以0.5m/s的速度平行掠过长250mm、温度为50℃的平板，试

2、求出平板末端流动边界层和热边界层的厚度及空气与单位宽度平板的换热量。解：边界层的平均温度都为空气40℃的物性参数分别为v=16.96x10-6m2/s,λ=2.76x102W/m.k,Pr=0.699,在离平板前250mm处，雷诺数为边界层为层流。流动边界层的厚度为热边界层的厚度为可见，空气的热边界层比流动边界层略厚。整个平板的平均表面传热系数1m宽平板与空气的换热量为2.引入边界层概念的意义缩小计算区域。对对流换热问题的研究可集中在边界层区域内边界层内的流动与换热可以利用边界层的特点进一步简化3.在对流换热过程中，紧靠壁面处总存在一个不动的流体层，利用该层就可以计算出交换的热量，这完全是一

3、个导热问题，但为什么又说对流换热是导热与对流综合作用的结果。流体流过静止的壁面时，由于流体的粘性作用，在紧贴壁面处流体的流速等于零，壁面与流体之间的热量传递必然穿过这层静止的流体层。在静止流体中热量的传递只有导热机理，因此对流换热量就等于贴壁流体的导热量，其大小取决于热边界层的厚薄，而它却受到壁面流体流动状态，即流动边界层的强烈影响，故层流底层受流动影响，层流底层越薄，导热热阻越小，对流换热系数h也就增加。所以说对流换热是导热与对流综合作用的结果。4、试引用边界层概念来分析并说明流体的导热系数、粘度对对流换热过程的影响。层流边界层的热阻为整个边界层的导热热阻。紊流边界层的热阻为层流底层的导热

4、热阻。导热系数越大，将使边界层导热热阻越小，对流换热强度越大；粘度越大，边界层（层流边界层或紊流边界层的层流底层）厚度越大，将使边界层导热热阻越大，对流换热强度越小。HeatTransfer§5-3动量传递和热量传递的类比及相似理论基础一、比拟理论求解湍流对流换热方法简介主要用于解决紊流换热现象的表面传热系数问题。试图通过较易测定的阻力系数来获得相应的换热NU表达式。HeatTransfer§5-3动量传递和热量传递的类比及相似理论基础一、比拟理论求解湍流对流换热方法简介这里以流体外掠等温平板的湍流换热为例。湍流边界层动量和能量方程为：湍流动量扩散率湍流热扩散率HeatTransfer引入下

5、列无量纲量：则有：HeatTransfer雷诺认为：由于湍流切应力和湍流热流密度均由脉动所致，因此，可以假定：湍流普朗特数当Pr=1时，则应该有完全相同的解，此时：HeatTransfer为什么热量传递和动量传递过程具有类比性?如果用形式相同的无量纲方程和边界条件能够描述两种不同性质的物理现象，就称这两种现象是可类比的，或者可比拟的。把它们的有关变量定量地联系起来的关系式就是类比律。HeatTransfer而类似地：HeatTransfer实验测定平板上湍流边界层阻力系数为：这就是有名的雷诺比拟，它成立的前提是Pr=1。式中，称为斯坦顿（Stanton）数。HeatTransfer当Pr

6、1时，需要对该比拟进行修正，于是有契尔顿－柯尔本比拟（修正雷诺比拟）：HeatTransfer当平板长度l大于临界长度xc时，平板上的边界层由层流段和湍流段组成。其Nu分别为：HeatTransfer则平均对流换热系数hm为:如果取，则上式变为：HeatTransfer二、相似原理及量纲分析通过实验求取对流换热的实用关联式，仍然是传热研究中的一个重要而可靠的手段。然而，对于存在着许多影响因素的复杂物理现象，要找出众多变量间的函数关系，比如，实验的次数十分庞大。为了大大减少实验次数，而且又可得出具有一定通用性的结果，必须在相似原理的指导下进行实验。HeatTransfer学习相似原理时，应充

7、分理解下面3个问题：①实验时应该测量那些量②实验后如何整理实验数据③所得结果可以推广应用的条件是什么HeatTransfer1.相似原理——用实验方法求解对流换热问题的思路（1）物理量相似的性质①用相同形式且具有相同内容的微分方程式所描述的现象为同类现象，只有同类现象才能谈相似。②彼此相似的现象，其同名准则数必定相等。③彼此相似的现象，其有关的物理量场分别相似实验中只需测量各特征数所包含的物理量,避免了测量的