传递过程第八章.ppt

第八章 对流传热 本章重点讨论对流传热的机理、对流传热系数的定义式，平板壁面上以及管内对流传热的求解,动量传递与热量传递的类似性。 第八章 对流传热 三、对流传热系数 三、对流传热系数 三、对流传热系数 稳态下，该热量以对流方式传入流体中，即 三、对流传热系数 第八章 对流传热 第八章 对流传热 一、管内强制层流传热的理论分析 一、管内强制层流传热的理论分析 一、管内强制层流传热的理论分析 一、管内强制层流传热的理论分析 一、管内强制层流传热的理论分析 一、管内强制层流传热的理论分析 传热进口段长度 Lt 可用下式估算 3. 管内强制层流传热的普遍解 图为努塞尔(Nusselt)和凯斯（Kays)的结果 Nu Pr=0.7 ts=常数,δ充分发展 (q/A)s=常数,δ、δt同时发展 ts=常数,δ、 δt 正在发展 3 9 6 12 15 18 0.01 0. 1 将图中曲线拟合，用下式表示为 一、管内强制层流传热的理论分析 3-4面：流出 质量流率： 热量流率： 二、平板壁面上层流传热的近似解 δt t0 2 3 4 1 dx 2-3面：流入 质量流率： 热量流率： 二、平板壁面上层流传热的近似解 δt t0 2 3 4 1 dx 1-4面（壁面）：导入 热量以导热方式输入控制体，根据傅立叶定律，热流速率为 m4=0 二、平板壁面上层流传热的近似解 δt t0 2 3 4 1 dx 即 仅考虑 x方向的流动，上式写成 边界层热流方程 边界层积分动量方程 二、平板壁面上层流传热的近似解 2.平板壁面上层流传热的近似解 考察平板壁面上速度边界层与温度边界层不同时发展的情形。 δ δt y x 0 u0 t0 x0 ts 二、平板壁面上层流传热的近似解 二、平板壁面上层流传热的近似解 二、平板壁面上层流传热的近似解 令 二、平板壁面上层流传热的近似解 二、平板壁面上层流传热的近似解 积分上式，得 由 得 二、平板壁面上层流传热的近似解 如加热由平板前缘开始，x0=0，则 或 （1）对于粘稠油类流体，Pr≥1000， 假定成立； （2）对于气体，Pr＜1（空气为0.7），则假定不成立，但气体 Pr 值最小约为0.6 , 由上式算出ξ=1.16，误差不大； （3）对于Pr极小的流体，例如液态金属，不成立。 二、平板壁面上层流传热的近似解 局部对流传热系数 二、平板壁面上层流传热的近似解 局部对流传热系数 当加热由平板前缘开始，x0= 0，则 二、平板壁面上层流传热的近似解 定性温度： 平均对流传热系数 二、平板壁面上层流传热的近似解 边界层热流方程既可用于层流边界层的传热计算，也可用于湍流边界层的传热计算。但对于后者，应该使用湍流时的速度分布方程和温度分布方程： 三、平板壁面上湍流传热的近似解 对于湍流，假定速度分布和温度分布均遵循 1/7次方定律： 层流（ ） 湍流： 三、平板壁面上湍流传热的近似解 由 得 三、平板壁面上湍流传热的近似解 实验表明，湍流边界层传热时，Pr 的指数仍为1/3，即相当于 n =1/1.71 = 0.585，故 三、平板壁面上湍流传热的近似解 局部对流传热系数 平均对流传热系数 三、平板壁面上湍流传热的近似解 若考虑平板前缘层流边界层的影响时，可作如下修正： 式中 三、平板壁面上湍流传热的近似解 8.1 对流传热机理与对流传热系数 8.2 平壁面上的对流传热 8.3 管内对流传热 二、圆管湍流传热的类似律 （1）流动边界层与传热边界层同时发展 （2）流动边界层充分发展 1. 传热微分方程 第（1）种情况：稳态、轴对称、进口段二维层流： 第（2）种情况：稳态、轴对称、层流充分发展（长径比大）： 给定出B.C.，可用变量分离法求解。 一、管内强制层流传热的理论分析 通常的 B.C.为： （=常数，恒壁温） 或（3）r = ri ，对流边界 2. 流动与传热边界层均充分发展后的层流传热 传热均充分发展的定义 — 一、管内强制层流传热的理论分析 ①壁面热通量 =常数； 两种常见的壁面边界条件： ②壁温恒定，ts =常数。 （1）壁面热通量 =常数 在此情况下，可以推出： 一、管内强制层流传热的理论分析 一、管内强制层流传热的理论分析 第一次积分，得： 由B.C.（1）得： 再积分，得 借助管壁面温度 r ＝ri ，t=ts 得： 一、管内强制层流传热的理论分析 注意： 为常数使边界条件（2）自动满足。