第4章 对流换热原理.pptVIP

能源与节能技术 §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 ③ 流体有无相变 单相换热 相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化 ④ 流体与固体壁面的接触方式 内部流动对流换热：管内或槽内 外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束 ⑤ 流体运动是否与时间相关 非稳态对流换热：与时间有关 稳态对流换热：与时间无关 为便于分析，只限于分析二维对流换热 §4-3 对流换热过程的相似理论 1 无量纲形式的对流换热微分方程组 3 无量纲方程组的解及换热准则关系式 4 特征尺寸，特征流速和定性温度 5 对流换热准则关系式的实验获取方法 §4-4边界层（Boundary layer）理论 2 边界层微分方程组 补充：积分方程的推导 对流动换热微分方程组进行无量纲化时，选定了对应变量的特征值，然后进行无量纲化的工作，这些特征参数是流场的代表性的数值，分别表征了流场的几何特征、流动特征和换热特征。 特征尺寸，它反映了流场的几何特征，对于不同的流场特征尺寸的选择是不同的。如，对流体平行流过平板选择沿流动方向上的长度尺寸；管内流体流动选择垂直于流动方向的管内直径；对于流体绕流圆柱体流动选择流动方向上的圆柱体外直径。 特征流速，它反映了流体流场的流动特征。不同的流场其流动特征不同，所选择的特征流速是不同的。 如，流体流过平板，来流速度被选择为特征尺寸；流体管内流动，管子截面上的平均流速可作为特征流速；流体绕流圆柱体流动，来流速度可选择为特征流速。 定性温度，无量纲准则中的物性量是温度的函数，确定物性量数值的温度称为定性温度。对于不同的流场定性温度的选择是不同的。 如：外部流动常选择来流流体温度和固体壁面温度的算术平均值，称为膜温度； 内部流动常选择管内流体进出口温度的平均值（算术平均值或对数平均值），当然也有例外。 　　由于对流换热问题的复杂性，实验研究是解决换热问题的主要方法。在工程上大量使用的对流换热准则关系式都是通过实验获得的。 　　我们从无量纲微分方程组推出了一般化的准则关系式 。但这是一个原则性的式子，要得到某种类型的对流换热问题在给定范围内的具体的准则关系式，在多数情况下还必须通过实验的办法来确定。 tw q L B t∞ u∞ 图中给出了平板在风洞中进行换热实验的示意图。 为了得出该换热问题的准则关系式，必须测量的物理量有：流体来流速度u∞,来流温度t∞,平板表面温度tw,平板的长度L和宽度B，以及平板的加热量Q（通过测量电加热器的电流I和电压V而得出）。 可由 得到 必须在不同的工况下获得不同的换热系数值 。 如果认为准则关系式有 这样的形式。这是一种先验的处理办法，但是，这给拟合准则关系式带来较大的方便。 最小二乘法是常用的线性拟合方法 。 采用几何作图的方法亦可以求解 。 α n=tgα logNu Logc1 logRe 对于几何结构比较复杂的对流换热过程，特征尺寸无法从已知的几何尺度中选取，通常的做法是采用当量尺寸。如异型管槽内的流动换热，其当量直径定义为 P f 式中f为流体流通面积；P为流体的润湿周边。 边界层的概念是1904年德国科学家普朗特提出的。 1 边界层定义 ①速度边界层 (a) 定义 Riding in a fast car, youre aware of air flowing fast over the solid metal body 流体流过固体壁面时，由于被壁面吸附的流体分子层是处于不滑移状态，因而在流体黏性力的作用下，近壁流体流速在垂直于壁面的方向上会从壁面处的零速度逐步变化到来流速度。 垂直于壁面的方向上流体流速发生显著变化的流体薄层定义为速度边界层。 普朗特通过观察发现，对于低黏度的流体，如水和空气等，在以较大的流速流过固体壁面时，在壁面上流体速度发生显著变化的流体层是非常薄的。 流体流过固体壁面的流场就人为地分成两个不同的区域。 tw t∞ u δt δ 0 x 其一是边界