工学对流传热的理论基础.pptxVIP

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第五章 对流传热的理论基础 ;工程上流体流过一个物体的表面的时的热量传递过程,叫做对流换热。工程上利用这种换热方式来实现许多装置的热交换问题。 ;§5-1 对流传热概说;牛顿公式;对流传热系数大致数值范围;1 对流换热的定义和性质;(1)流体的宏观运动 + 微观的导热,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) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响,紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层对流换热的机理与通???紧靠换热面的薄膜层的热传导有关。 ;3 对流换热的基本计算式;4 表面传热系数(对流换热系数); (1)分析法 (2)实验法 (3)比拟法 (4)数值法;5 影响对流换热系数 的因素有以下5 方面;6 对流换热的分类:;(2) 流动状态;(3) 流体有无相变;密度;综上所述,表面传热系数是众多因素的函数:;;;7 对流传热过程微分方程式; h 取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度;温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况(层流或紊流)、流速的大小及其分布、表面粗糙度等 ? 温度场取决于流场;§5-2 对流传热问题的数学描写;1 质量守恒方程(连续性方程);分别写出微元体各方向的质量流量分量:;同理,单位时间内、沿 y 轴方向流入微元体的净质量:;微元体内流体质量守恒(单位时间内):;2 动量守恒方程;动量微分方程 — Navier-Stokes方程(N-S方程);对于稳态流动:;3 能量守恒方程;1、导热引起的净热量;X方向热对流带出微元体的焓;X方向热对流引起的净热量;热对流引起的净热量;热对流引起的净热量简化为;导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体内能的增量;; 动量守恒方程;前面4个方程求出温度场之后,可以利用牛顿冷却微分方程:;;;; (1) 有层流(laminar flow),紊流(turbulent flow)之分. 分界点 Rec=3X105~3X106,一般可取Rec=5X105 在湍流区,贴壁面还有一极薄的层流底层(粘性底层) (2) ?=?(x) x? ?(x) ? (3) ?(x) x ?(L) L (4) 流场分为: 主流区 (undisturbed flow regime)(potential) 边界层区(boundary regime);5.物理意义 在这样薄的一层流体内,其速度梯度是很大的。在 的薄层中,气流速度从 变到 ,其法向平均变化率高达 。; 根据牛顿粘性定律,流体的剪应力与垂直运动方向的速度梯度成正比,即:; 假如流体的温度为t∞ (t∞≠tw ),将有热量传递。 定义: 在壁面附近温度发生显著变化的薄层. 热边界层的厚度:过余温度?=t-tw=0.99(t?-tw)至壁面的距离?t 边界层的特点:与流动边界层相同;;以此五个量为分析基础。;这样可以对微分方程组进行简化(数量级一致);;其中dp/dx是已知量,可由主流区理想流体的Bernoulli方程确定(忽略重力或平面流动);1.流体外掠等温平板传热的层流分析解; (3) 湍流边界层包括湍流核心、缓冲层、层流底层。在层流底层中具有较大的速度梯度。 ;二维、稳态、无内热源的边界层换热微分方程组;上述方程的定解条件:;离开前缘x处边界层的厚度:;计算时,注意五点: a Pr ?1 ; b , 两对变量的差别; c x 与 l 的选取或计算 ; d e 定性温度:;;式中:;对于外掠平板的层流流动:;运动粘度,粘性扩散的能力;表明:;例5-1 压力为大气压的20℃的空气,纵向流过一块长400mm,温度为40 ℃的平板,流速为10m/s,求;离板前缘50mm, 100mm,150mm,200mm,250mm,300mm,350mm,400mm处的流动边界层和热边界层的厚度。;热边界层的厚度

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