第二章 热量传输04.ppt

* * * * 第四讲: 一、本课的基本要求： 6. 用近似积分法求层流对流换热系数的步骤。 1. 对流换热及其分类。 2. 对流换热系数的单位、物理意义及影响因素。 3. 牛顿冷却公式的表达式。 4. 热附面层概念及其厚度。 5. 对流换热的简化模型概念、有效热附面层厚度。 第二章 热 量 传 输 对流换热概述 二、本课的重点、难点： 2. 本课的难点是用近似积分法求层流时对流换热系数。 1. 本课的重点是对流换热及其分类、对流换热系数的求解方法。 第二章 热 量 传 输 § 2.3 对流换热 1. 名称：对流换热即对流传热，又称对流热交换、对流给热。 2. 含义：流体流过表面时与该表面之间所发生的热量传输过程。 3. 前提条件：流体的流动。 4. 组成：传导热量传输（取决于温度梯度） 对流热量传输 第二章 热 量 传 输 5.影响因素： 流体的物性 流动的起因 流动的性质 速度场 表面的几何性质 第二章 热 量 传 输 6. 分类： 第二章 热 量 传 输 (1)按流体流动起因 ： 强制对流换热 自然对流换热 (2)按流体流动性质 ： 层流对流换热 紊流对流换热 (3)按附面层特性 ： 层流附面层对流换热 （平板：Re=5?105） 紊流附面层对流换热 7. 研究对流换热的目的： 确定对流换热系数。 8.确定对流换热系数的方法： 精确解法 近似积分解法 相似理论-模型实验法 类似法 第二章 热 量 传 输 2.3.1 概述 1. 对流换热系数 1）单位：W/m2?C 2）物理意义：通过单位换热面积，在单位时间内，每单 位温差下的对流换热量。 第二章 热 量 传 输 对流换热量习惯上用牛顿冷却公式表示，即 W W/m2 流体的物性 流动的起因 流动的性质 速度场 表面的几何性质 3）影响因素： 第二章 热 量 传 输 2. 热附面层概念及对流换热机理 第二章 热 量 传 输 （1）热附面层概念： 流体流过一平面，当流体和平面发生对流换热时，在靠近平面附近要形成一层有温度梯度的附面层，称为热附面层。 （2）对流换热机理： 前面已提过，热附面层有层流与紊流之分，附面层厚度也随着流入平面距离的增加而加厚，随雷诺数的增加而减少。 在热附面层外，可视为温度梯度 =0的等温区。附 面层内的温度分布因附面层性质不同而异。 dx dt 第二章 热 量 传 输 层流附面层：温度分布为线性，流体与表面之间通过此层时的对流换热实际上是依靠流体的传导热量传输。 紊流附面层：温度分布很复杂，按紊流条件下热附面层内的温度分布，可将其分为三个区域： (i)紊流区：紊流涡动强烈，?y大，质点对流热传输作用远大于分子微观运动的传导热传输的作用，流体掺混作用大，可视为热阻极小的等温区。 (ii)过渡区：紊流涡动已大为减弱，已减少到使对流热传输作用传导热传输作用几乎相同的程度，热阻已明显增加，温度梯度已不可忽视。 第二章 热 量 传 输 (iii)层流底层区：靠近表面的层流底层区，?y?0，对流作用消失，热量传输几乎全部靠传导，热阻大，温度梯度大。一般而言 此区集中了对流换热一半以上的温度降。对流换热中，层流底层的传导是整个过程的限制性环节的原因就在于此。 第二章 热 量 传 输 （3）对流换热的简化模型：假定流体流过平面并与之发生对流换热，只存在温度均匀、温度梯度 =0的核心区和靠近表面集中了全部对流换热热阻，温度为线性分布的层流区。由于该区为层流，?y=0，只有传导作用，甚至可认为为一停滞层无论哪个方向的热量传输只可能是传导。 dx dt 3. 对流换热系数的表达式(边界给热微分方程式) 特点：抓住边界导热的主要因素，把附面层温度场与对流换热系数的确定下来，只要