西安交大高等传热学热对流第一章.ppt

对流研究重要性： 学习特点： 回顾流体力学与传热学的发展，特别领会关键时候处理问题的方法与思路。 由复杂到简单，再修正简单以适用复杂 x方向动量随时间变化率： ②－ ①： 作用力有两种：体积力（重力，离心力，电磁力等） 表面力（静压力，粘性应力等） 设单位体积力分量为Fx 设表面应力τ分解成三个分量 设静压力p垂直于作用面 p τxy τxx τxz ②－ ①： ③: For Newtonian fluid（应力与应变之间存在简单的线性关系，p157（1－14）） 3.特例 1823年，法国工程师Navier 不可压缩流体且粘性为常数，利用连续方程： 4.其他坐标系 1845年，英国数学家Stokes 1.依据：热力学第一定律 三、Energy Eq. 3.推导 无内热源；不计动能位能的变化；不计辐射换热 2.假设： ① ② ④ ③ 单位质量流体的总能量: ① 右侧界面x+dx方向出去： 左右界面净流入： x方向， y方向， z方向界面净流入： 单位时间x方向左侧界面流入： ② 右侧界面x+dx方向导出去： 左右界面净导入： x方向， y方向， z方向界面净流入： 单位时间x方向左侧界面导入： 利用Fourier导热定律， ③ 总能量随时间变化率： ④ 分析dW 控制体内流体与外界净功量交换包括体积力，表面应力做的功 分析dWS 左侧表面： 右侧表面： 应力与速度方向相反，负功 应力与速度方向相同，正功 右侧表面Talyor展开： 左右侧表面净： 左右，前后，上下6个表面净： dW： Momentum Eq. 三式左右两边相加： *高等传热学 Advanced Heat Transfer Chap. 1 Mathematic formulation 分析解 §1-1 Introduction 1. 定义 对流：流体各部分之间发生相对位移时，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 对流传热：流体流过固体壁面时所发生的热 量传递过程。 特点：仅能发生在流体中；宏观位移；伴随导热；对流传热机理与紧靠壁面的一层薄膜导热相关 二、影响对流传热的因素 1.流动起因(The cause of motion) Forced convection Mixed convection Natural convection n=3-4. 流动方向相同，+；流动方向相反，- 自然对流 强制对流 2.流体流动状态(The flow regimes) Laminar flow Turbulent flow 流体力学实验：一滴红墨水滴到流体中 1883年，Reynolds Reynolds Tube Experiment (1883) 3.传热表面几何因素(The geometric factors) 形状（shape） 相对位置(relative position) 表面粗糙情况(surface roughness) 尺度(scale) 内流（internal flow） 外流（external flow） 4.传热过程有无相变(phase change) Boiling, Condensation 5.流体的物性(The thermophysical properties) 前4类影响因素构成将对流传热进行分类的基架 流体的物性通过一个特殊的无量纲数来专门予以反映 三、对流传热的分类(classification) 四、对流传热基本计算式 y t∞ u∞ tw qw x 由傅里叶定律 牛顿冷却公式 2.t∞：内部流动，取管道截面平均流体温度, tb 1.t∞：外部流动，取远离壁面的流体温度, t∞ 3.注意上式与导热问题IIIBC的差别 (1)导热问题中，h已知，此处h为未知值 (2)导热问题中，λ为固体导热系数，此处λ为流体导热系数 (3)导热问题中，t为固体温度，此处t为流体温度 4.上式h为局部表面传热系数，而求整个表面的表面传热系数应把牛顿冷却公式用于整个表面得出 思考：是对qx沿传热表面做积分平均，还是直接对hx做积分平均？什么时候可以直接对hx做积分平均？ 对流传热中常见两类边界条件： Uniform wall temperature Uniform heat flux 表面传热系数 h 流体温度场 求 hx 的关键： 特别是壁面附近的温度分布 流场 温度场 Energy Eq