传热学课件第七章对流换热概论.ppt

基 本 要 求 1.掌握牛顿冷却公式，理解对流换热 的影响因素、分类方法。 2.了解对流换热问题的研究方法，理解边界 层基本概念、换热微分方程。 3.掌握相似原理及其在对流换热实验研究中 的指导作用。 4. 理解准则数的物理内涵及准则方程的意 义。 重点与难点 重点： 影响对流换热的因素及边界层基本概念。 2. 牛顿冷却公式、换热微分方程的运用。 3. 相似理论及其在对流换热中的应用。 难点： 换热微分方程。 2. 相似理论。 内容精粹 §1 对流换热概述 §2 边界层基本概念 §3 对流换热过程微分方程组 §4 对流换热的实验研究方法 第一节 概述 第二节 边界层概念 第三节 对流换热过程微分方程组 如前所述，对流换热系数的求解必须依赖紧贴壁面处流体的温度梯度 ，这就需要知道温度边界层中的温度分布。温度边界层与速度边界层是有联系的，所以，还需知道速度边界层中的速度分布。这样，对流换热过程的数学描述就是一组微分方程式，它包括对流换热微分方程式、能量微分方程式、动量微分方程式、连续性微分方程式。 二维、不可压缩、常物性流体沿平板流动时的对流换热微分方程组为： 在上述4个方程式组成的微分方程组中，共有4个未知数— ，方程组是封闭的。求解上述微分方程组所需的边界条件如下： 由于是稳态，因而不需要时间条件。几何条件为长度为ｌ的无限宽平板。物理条件为流体的热导率λ，运动粘度ν和热扩散率a 等物性均为常数。 对其微分方程组求解后，平壁和流体间的局部对流换热系数： 工程上大量的复杂换热过程，如物性随温度变化、高速流、流体与曲壁作横向绕流等，数学解法迄今还未能很好地解决。因而在对流换热分析中，广泛采用的是相似理论为指导的实验研究法。 第四节 对流换热的实验研究方法 1. 相似原理 2. 相似原理指导下的实验研究方法 * * * * * * 第七章 对流换热概论 基本要求 重点难点 内容精粹 例题赏析 1. 牛顿冷却公式 ? = A h( tw－tf ) q = h( tw－tf ) h—整个固体表面的平均换热系数; tw—固体表面的平均温度; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的流体主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。 对于局部对流换热， 如何确定换热系数的大小是对流换热计算的核心问题，也是本章讨论的主要内容。 2. 对流换热的影响因素 对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果，因此，凡是影响流体导热和对流的因素都将对对流换热产生影响。主要有以下五个方面： (1)流动的起因：影响流体的速度分布与温度分布。 强迫对流换热 自然对流换热 一般的说，自然对流的流速较低，因此自然对流换热通常要比强迫对流换热弱，表面传热系数要小。 (2) 流动的状态 层流 紊流 ：流速缓慢，流体分层地平行于壁面方向流动，垂直于流动方向上的热量传递主要靠分子扩散（即导热）。 ：流体内存在强烈的脉动和旋涡，使各部分流体之间迅速混合，因此紊流对流换热要比层流对流换热强烈，表面传热系数大。 (3) 流体有无相变 沸腾换热 凝结换热 (4) 流体的物理性质 1）热导率?，W/(m?K)， ?愈大，流体导热热阻愈小，对流换热愈强烈； 2）密度?，kg/m3 3）比热容c，J/(kg?K)。 ?c反映单位体积流体热容量的大小，其数值愈大，通过对流所转移的热量愈多，对流换热愈强烈； 4）动力粘度?，Pa?s；运动粘度?＝?/?，m2/s。流体的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热； 5）体胀系数?，K－1。 对于理想气体，pv=RT，代入上式，可得? =1/T。 定性温度 体胀系数影响重力场中的流体因密度差而产生的浮升力的大小，因此影响自然对流换热。 对于同一种不可压缩牛顿流体，其物性参数的数值主要随温度而变化。用来确定物性参数数值的温度。称为定性温度。在分析计算对流换热时，定性温度的取法取决于对流换热的类型。 (5) 换热表面的几何因素 换热表面的几何形状、尺寸、相对位置以及表面粗糙度等几何因素将影响流体的流动状态，因此影响流体的速度分布和温度分布，对对流换热产生影响。 影响对流换热的因素很多，换热系数是很多变量的函数， 特征长度（定型尺寸） 几何因素 1.速度边界层（流动边界层） 速度