工程热力学与传热学-第十五章-对流换热原理ppt课件.ppt

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1、本章要点：1。着重掌握对流换热的基本概念2。着重掌握边界层的基本理论3。着重掌握对流换热微分方程组的求解结果及应用本章难点：边界层理论、微分方程的分析求解本章主要内容：第一节对流换热系数第二节对流换热过程的数学描述第三节对流换热过程的边界层分析求解第四节对流换热过程的实验求解第十五章对流换热原理第十五章对流换热原理第一节对流换热系数流体与固体壁面直接接触所发生的热量传递称为对流换热对流换热是热对流与热传导联合作用的结果牛顿冷却公式：一、对流换热系数()KmWtq2D=a固体壁面温度ｔＷ与流体温度ｔｆ之间温差的绝对值；热流密度，约定恒取正值；对流换热系数,简称换热系数,单位为Ｗ／（ｍ２·Ｋ）

2、。二、局部换热系数和平均换热系数换热壁面上x处的局部热流密度；x处的局部温差该处的局部对流换热系数1.局部换热系数2.平均换热系数三、换热微分方程xy()xfwxxttq-=αx局部换热系数α在整个换热面上的积分平均值为该换热面的平均换热系数。αx牛顿冷却公式：导热微分方程：四、影响换热系数的因素1.流体流动的动力因素强迫对流自然对流无流体微团的横向脉动，法线方向为导热流体冷、热部分的密度差产生的浮升力引起，无整齐的宏观运动，浮升力的大小是决定因素。2.流体流动的状态层流紊流过渡状态外力迫使流体产生运动，有整齐的宏观运动，流速是决定因素。有流体微团的横向脉动3.流体的热物性导热系数、比热

3、容c、动力粘度、密度4.换热壁面的热状态（壁温的大小）有相变无相变壁温高于流体饱和温度，发生汽化沸腾现象对流换热系数比有相变时小得多5.换热壁面的几何因素换热壁面的形状、大小以及相对于流动方向的位置都会引起换热系数的变化。总体分类：α的具体函数关系？求取换热系数α的方法理论解法分析法比拟法相似原理实验解法指导实验确定表达式量纲分析数值解法五、确定对流换热系数的方法分析法、实验法、比拟法和数值法1.数学分析法质量守恒、能量守恒和动量守恒描述一般的对流换热现象，利用某一特定现象的单值条件，建立一个对流换热的物理模型，进行数学分析，求得换热系数。现象所服从的基本规律某一具体的换热现象数学分析

4、对流换热现象=对流换热微分方程组+单值条件边界层方法的分析解离散化方法的数值解求近似解2.实验法经验法半经验法利用实验测得的数据，计算出换热系数值，再利用在该实验范围内获得的一系列值，整理成经验公式。根据换热现象的物理模型，用相似理论找到判别一组相似的对流换热现象所具有的充要条件，应用大量实验数据整理出适用于某一实验范围内的准则方程。现象所服从的基本规律某一具体的换热现象相似理论对流换热现象=对流换热微分方程组+单值条件准则方程3.热量传递和动量传递的类比法将对流换热过程中的热量传递和动量传递相类比，用数学关系式将两个传递现象联系起来，由流体流动的阻力规律来求解对流换热规律。理论分析或

5、实验测试热量传递和动量传递的类比规律基本规律和基本假设对流换热现象=流体流动的阻力规律对流换热规律第二节对流换热过程的数学描写简化假设：(1)流动是二维的；(2)流体为不可压缩的牛顿型流体；(3)流体物性为常数、无内热源；(4)粘性耗散产生的耗散热可以忽略不计。1。基于质量守恒定律的连续性微分方程2。基于动量定律的动量微分方程3。基于能量守恒定律的能量微分方程4。对流换热微分方程组αx5。对流换热过程的单值性条件（1）几何条件：换热物体的形状和尺寸；（2）物性条件：流体的种类以及热物性参数；（3）边界条件：流体边界面上的速度和温度等；（4）时间条件：过程起始时刻的速度和温度等，若为稳态则

6、没有。第三节对流换热过程的边界层分析求解一、边界层的基本概念在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层(又称速度边界层)。（研究流体掠过平板时边界层的发展过程，流体以U∞的流速沿平板流动）1。定义流动边界层速度（温度）梯度不等于零的流体薄层称为边界层。热边界层2。基本概念流动边界层的厚度比板长小得多a.层流边界层：流体呈现成层的有秩序的滑动状流动，各层互不干扰，称为层流边界层。b.紊流边界层：流体质点在以平均主流流速沿方向流动的前提下，又附加着紊乱的不规则脉动称为紊流边界层。c.层流底层：在紊流区内，贴附于壁面的一极薄层内仍保持层流性质，这个极薄层称为层流底层。d.雷诺数Re：

7、确定流体流态的一个无量纲参数。——流体速度m/s——流体运动粘度m2/s——几何尺寸m层流：Re<2*105过渡流：2*1053*106引入边界层的原因：对流换热系数的大小主要取决于靠近壁面附近流体的状况,因为这里u、t变化最为剧烈。速度边界层和温度边界层流动边界层:壁面附近流体速度急剧变化的薄层温度边界层:壁面附近流体温度急剧变化的薄层关键是简化微分方程组3。边界层理论（四个基本要点）：