[工学]传热学教案.ppt

* * 得出作用在微元体上表面力的净值表达式： x方向上 y方向上 ③动量微分方程式 在x方向上 y方向上 惯性力 体积力 压力 粘性力 * * 对于稳态流动： 只有重力场时： 3 能量微分方程 能量微分方程式描述流体温度场—能量守恒 [导入与导出的净热量] + [热对流传递的净热量] +[内热源发热量] = [总能量的增量] + [对外作膨胀功] * * Q = ?E + W W — 体积力(重力)作的功 表面力作的功 ?UK=0、??=0 假设：（1）流体的热物性均为常量 变形功=0 Q内热源=0 （2）流体不可压缩 （3）一般工程问题流速低 （4）无化学反应等内热源 （1）压力作的功： a) 变形功；b) 推动功 （2）表面应力作的功：a) 动能；b) ?? * * Q = ?E + W ? ? W — 体积力(重力)作的功 表面力作的功 一般可忽略 （1）压力作的功： a) 变形功；b) 推动功 ? （2）表面应力（法向+切向）作的功：a) 动能；b) ?? 耗散热 ? ? 假设：（1）流体的热物性均为常量 变形功=0 Q内热源=0 （2）流体不可压缩 （3）一般工程问题流速低 （4）无化学反应等内热源 ?UK=0、??=0 * * Q导热 + Q对流 = ?U热力学能 + 推动功 = ?H 耗散热（?? ）：由表面粘性应力产生的摩擦力而转变成的热量。 对于二维不可压缩常物性流体流场而言，微元体的能量平衡关系式为： ΔQ1为以传导方式进入元体的净的热流量； ΔQ2为以对流方式进入元体的净的热流量； ΔQ3为元体粘性耗散功率变成的热流量； ΔH为元体的焓随时间的变化率。 * * ①以传导方式进入元体的净热流量 dy dx 单位时间沿x轴方向导入与导出微元体净热量： 单位时间沿y轴方向导入与导出微元体净热量： * * ②以对流方式进入元体的净热流量 单位时间沿 x 方向热对流传递到微元体净热量 单位时间沿y 方向热对流传递到微元体的净热量： * * ③元体粘性耗散功率变成的热流量 ④单位时间内、微元体内焓的增量： * * ⑤能量微分方程 当流体不流动时，流体流速为零，热对流项和黏性耗散项也为零，能量微分方程式便退化为导热微分方程式， 所以，固体中的热传导过程是介质中传热过程的一个特例。 流体能量随时间的变化 对流项 热传导项 热耗散项 * * 4层流流动对流换热微分方程组 （常物性、无内热源、二维、不可压缩牛顿流体） 4个方程，4个未知量 ， 可求速度场和温度场 * * 再引入换热微分方程 (n为壁面的法线方向坐标)，最后可以求出流体与固体壁面之间的对流换热系数，从而解决给定的对流换热问题。 5 求解对流换热问题的途径 分析求解。 实验研究。 数值求解。 6 对流换热单值性条件 * * 单值性条件：能单值反映对流换热过程特点的条件 完整数学描述：对流换热微分方程组 + 单值性条件 单值性条件包括：几何、物理、时间、边界 ① 几何条件：说明对流换热过程中的几何形状和大小，平板、圆管；竖直圆管、水平圆管；长度、直径等 ②物理条件：说明对流换热过程物理特征，如：物性参数 ?、? 、c 和 μ 的数值，是否随温度 和压力变化；有无内热源、大小和分布 * * ③时间条件：说明在时间上对流换热过程的特点，稳态对流换热过程不需要时间条件 — 与时间无关 ④边界条件：说明对流换热过程的边界特点，边界条件可分为二类：第一类、第二类边界条件 （1）第一类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的温度值 （2）第二类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的热流密度值 * 第三章 计算机网络体系结构 华中科技大学热科学与工程实验室 HUST Lab of Thermal Science Engineering * * 传 热 学 主讲：王晓墨 能源与动力工程学院 华中科技大学 * * §4-1 对流换热概述 §4-2 层流流动换热的微分方程组 §4-3 对流换热过程的相似理论 §4-4 边界层理论 §4-5 紊流流动换热 第四章 对流换热原理 * * §4-1 对流换热概述 1 对流换热过程 ①对流换热定义：流体和与之接触的固体壁面之间的热量传递过程，是宏观的热对流与微观的热传导的综合传热过程。 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式 对流换热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却 * * ②对流换热的特点： (1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 ③特