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传热学_6-1分析.ppt

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传热学_6-1分析

* Heat Transfer 6-1 Beijing Jiaotong University 第6章 对流传热的理论基础 前言 什么是对流? 通过大量流体运动得到的传热机制 对流传热 流体流过固体表面时的热量交换. 扩散能够增强对流换热, 但主要还是由于大量流体微粒的运动引起的。 Heat Transfer 6-1 Beijing Jiaotong University 注意 速度边界和热边界层, 层流和湍流 物理意义 雷诺数 Re 普朗特数 Pr 努塞尔数 Nu Heat Transfer Beijing Jiaotong University 6-1 对流的物理机理 对流和导热的异同 相同之处: 有介质存在 不同之处: 对流 ----- 存在流体运动 (宏观运动) 导热 ----- 不存在流体运动 (微观运动—分子运动) 导热可以看作是流体静止时的一种特殊的对流换热 Heat Transfer Beijing Jiaotong University Heat Transfer Beijing Jiaotong University 2. 对流换热 对流换热包含流体运动和热传导 . 流体和导热介质材料之间的相互作用. 流体运动使冷热流体块相接触从而加强换热. 它给流体带来高效率的热传导. 对流热交换比导热要强得多. 通常,在流体中的传热称为对流, 而发生在流体和 固体之间的称为对流换热. Heat Transfer Beijing Jiaotong University 图解 通过两不同温度的平行平板之间流体的稳态热传导 由于温度的连续性,流体和平板接触的地方温度相等 T2 T1 L ?T = T1-T2 Heat Transfer Beijing Jiaotong University A. 无流体运动情形: 流体分子间的导热 ----靠近热平板的热分子将能量传给冷流体分子,最后传给冷平板. 能量通过分子运动进行传递. B. 流体运动情形: 重复吸收热平板附近流体的热量传给冷平板附近的流体. 因为流体的运动,部分热量被带到了另一边,这大大加速了传热过程. 能量通过流体运动进行传递. Heat Transfer Beijing Jiaotong University 例如: 风机将空气吹到热铁块顶部表面将其冷却 ,热的铁块将热量传递给周围冷空气,最终铁块被冷却下来. 风机的风速越大,铁块冷却得越快. 使用流体介质可以加强对流热交换. Heat Transfer Beijing Jiaotong University 3. 影响对热换热的因素 1) 流体的物理性质 动力黏度 μ 热导率 k 密度 ρ 比热容 cp 等 2) 流体速度 v 3) 固体表面的几何形状和粗糙度, 4) 流动类型 (如流线形或湍流). 对流是最复杂的传热机制. Heat Transfer Beijing Jiaotong University 4. 牛顿冷却公式和对流传热方程 h = 对流换热系数. W/m2·oC A = 传热面积, m2 Ts= 表面温度, oC T∞= 离表面足够远的流体温度, oC q =h (Ts- T∞) Q= hA(Ts- T∞) Heat Transfer Beijing Jiaotong University 对流换热系数 : 在流体和固体表面之间单位面积单位温度差的传热率. 无滑移条件 : 壁面附近极薄层内的流体速度为零 Uniform approach velocity, Heat Transfer Beijing Jiaotong University 固体表面和邻近固体表面的流体层之间的热交换为 纯粹的导热,该流体层无运动 无温度越变条件 T 代表流体的温度分布 Heat Transfer Beijing Jiaotong University 由于流体运动,热量从表面被带走。 固体表面对流体的对流换热量近似等于固体表面对邻近固体表面的流体层的导热热量. Heat Transfer Beijing Jiaotong University 通常,对流换热系数会沿着流动方向发生变化 平均对流换热系数为 Heat Transfer Beijing Jiaotong University 控制方程的无量纲化 无量纲数 努塞尔数 流体运动时,流体层以对流方式进行热量传递;流体无运动时,则

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