工程传热学对流换热原理分析课件.pptVIP

课前复习1.请写出牛顿冷却定律的表达式。2.对流换热的定义。

第四章对流换热原理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

4-1对流换热概述1.对流换热过程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。不是基本传热方式。

?对流换热的特点：?导热与热对流同时存在的复杂热传递过程?必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差

来流速度：u?来流温度：t?固体壁面温度：twyt∞u∞twqwx

2.对流换热的分类?流动起因自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动强制对流：由外力(如：泵、风机、水压头)作用所产生的流动

?流动状态层流：整个流场呈一簇互相平行的流线(Re2100)紊流：流体质点做复杂无规则的运动(Re＞4000)

自然现象：收获季节的麦浪滚滚，旗帜在微风中轻轻飘扬，以及袅袅炊烟都是由空气的紊流引起的。

?流体有无相变单相换热相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化

?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

?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

圆管内强制对流换热内部流动外部流动其它形状管道的对流换热外掠平板的对流换热外掠单根圆管的对流换热外掠圆管管束的对流换热外掠其它截面柱体的换热射流冲击换热强制对流无相变大空间自然对流自然对流混合对流对流换热有限空间自然对流大空间沸腾有沸腾换热相变凝结换热管内沸腾管内凝结管外凝结

3.对流换热系数与对流换热微分方程?对流换热系数(表面传热系数)确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题

?对流换热过程微分方程式壁面上的流体分子层由于受到固体壁面的吸附是处于不滑移的状态，其流速应为零，那么通过它的热流量只能依靠导热的方式传递。

对流换热微分方程对流换热微分方程组：连续性方程、动量方程、能量方程

4-2层流流动换热的微分方程组为便于分析，只限于分析二维对流换热流体为不可压缩的牛顿型流体，(即：服从牛顿粘性定律的流体；而油漆、泥浆等不遵守该定律，称非牛顿型流体)

1.连续性方程流体的连续流动遵循质量守恒规律。

单位时间内流入微元体的净质量=微元体内流体质量的变化。单位时间内、沿x轴方向流入微元体的净质量：

单位时间内、沿y轴方向流入微元体的净质量：单位时间内微元体内流体质量的变化:

连续性方程：对于二维、稳态、常物性流场：

2.动量方程动量微分方程式描述流体速度场—动量守恒动量微分方程是纳维埃和斯托克斯分别于1827和1845Navier-Stokes方程（N-S方程）

牛顿第二运动定律：作用在微元体上各外力的总和等于控制体中流体动量的变化率作用力=动量变化率F=d(mc)/dτ

从x方向进入元体质量流量在x方向上的动量：从x方向流出元体的质量流量在x方向上的动量：

从y方向进入元体的质量流量在x方向上的动量为：从y方向流出元体的质量流量在x方向上的动量：

x方向上的动量改变量：y方向上的动量改变量：

作用力：体积力、表面力体积力：重力、离心力、电磁力设定单位体积流体的体积力为F，相应在x和y方向上的分量分别为F和F。xy在x方向上作用于微元体的体积力：在y方向上作用于微元体的体积力：

表面力:作用于微元体表面上的力。通常用作用于单位表面积上的力来表示，称之为应力。粘性引起的切向应力和法向应力、压力等。法向应力?中包括了压力p和法向粘性应力。

在物理空间中面矢量和力矢量各自有三个相互独立的分量（方向），因而对应组合可构成应力张量的九个分量。于是应力张量可表示为式中为应力张量，下标i表示作用面的方向，下标j则表示作用力的方向通常将作用力和作用面方向一致的应力分量称为正应力，而不一致的称为切应力。

对于我们讨论的二维流场应力只剩下四个分量，记为ydydxxσ、σ分别为x、y方向上的正应力(力与面方向一致)；xyτ、τ分别为作用于x(y)表面上的y(x)方向上的切应力xyyx

作用在x方向上表面力的净值为作用在y方向上表面力的净值为斯托克斯提出了归纳速度变形率与应力之间的关系的黏性定律

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

3.能量微分方程能量微分方程式描述流体温度场—能量守恒假设：(1)流体的热物性均为常量(2)流体不可压缩(3)无内热源

①以传导方式进入元体的净热流量单位时间沿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：yx

②流体流出、流进微元体所造成的焓差单位时间内通过截面x处流入微元体的焓通过截面x+dx处流