《对流传热理论基础》课件.pptVIP

**********************对流传热理论基础对流传热作为热量传递的主要机制之一,在工程设计和热量分析中起着至关重要的作用。本节将深入探讨对流传热的基本理论,包括对流现象的描述、动量和能量方程,以及关键影响因素。绪论1概述对流传热理论对流传热是热量在流体运动中的传递过程,包括自然对流和强制对流。本课程将全面探讨对流传热的基本理论及其应用。2传热基本概念包括温度、热流、热阻、热传导系数等物理量,是学习对流传热理论的基础。3课程重点与难点重点包括边界层理论、无量纲数、自然对流、强制对流等。难点包括湍流对流换热、相变对流换热等。4课程目标掌握对流传热的基本理论,应用于工程设计与分析,以提高传热设备的性能和设计效率。传热的基本概念热量传递热量可以通过导热、对流和辐射三种基本方式在物体之间进行传递。热量传播热量的传播会产生温度差。热量总是从高温区向低温区传递。热量转换热量可以转化为其他形式的能量,例如机械能、电能等,这是热力学的基本原理。热力学定律热量传递遵循热力学第一定律和第二定律,这是对流换热的基础。流体力学基础流体运动方程流体运动受到牛顿运动定律的约束,可用连续性方程、动量方程和能量方程等方程来描述。这些基本方程可以推导出各种流体流动的特征,为对流传热分析奠定基础。边界条件流体与固体表面间的相互作用,如粘附、滑移等,会对流动产生重要影响。合理设定边界条件是分析流体流动的关键。流体物性密度、粘度、导热系数等流体物理性质决定了流体的流动特性和传热行为。准确获取这些参数对对流换热分析至关重要。流型分类根据流动方式的不同,流体流动可分为层流、湍流等类型。不同流型的流体动力学特性各不相同,需要采取针对性的分析方法。边界层理论边界层的形成当流体流过物体表面时,由于黏性作用会形成一个相对独立的薄层,这就是边界层。边界层的形成是由于流体与固体表面存在速度差而引起的。边界层的流动特性边界层内的流动呈层流或湍流状态,流速从零开始逐渐增大,直到与外界流速一致。边界层的厚度随流程不断增大。边界层分离当边界层在某些情况下不能继续沿物面前进,而从物面脱离开,形成湍流区,这就是边界层分离。边界层分离会引起流动阻力和换热性能的恶化。无量纲数无量纲相似原理无量纲数描述了系统中不同因素之间的相互关系,可以用来建立相似条件下的实验研究和数据外推。主要无量纲数雷诺数、普朗特数、格拉斯霍夫数等是常见的描述对流传热过程的重要无量纲数。应用领域无量纲数广泛应用于流体机械、热交换设备、化工过程等工程领域的设计和优化。自然对流热量传递机制在自然对流中,热量通过密度梯度引起的流体流动进行传递,而不需要外部功率输入。流体流动分析通过边界层理论和无量纲分析可以描述自然对流中的流体流动特征。换热过程分析自然对流换热过程中,温度差是主要的驱动力,可以通过Nusselt数计算换热系数。强制对流1流动特点借助外部机械力维持流动2温度差驱动温度差是传热的主要驱动力3传热效率高可以显著提高传热速度强制对流是利用外部机械力维持流动从而促进传热的过程。与自然对流不同，强制对流依赖于温度差提供的驱动力。由于流体流动的增强，强制对流的传热效率明显高于自然对流，可以显著提高传热速度。相变对流换热1蒸汽凝结当高温流体与较冷表面接触时,会发生蒸汽凝结现象,此过程伴有大量的潜热释放,可以产生高传热效率。2沸腾传热在加热表面上会出现气泡形成和脱离的沸腾过程,相变过程中吸收大量热量,换热性能优异。3冷凝/沸腾系统相变对流换热广泛应用于制冷、汽车散热、发电厂冷却等众多领域,是提高换热效率的重要手段。对流热传递系数的估算正确估算对流热传递系数是对流传热分析的关键步骤。常用的方法包括无量纲数相关关系法、经验公式法和数值模拟法。通过选择合适的估算方法,可以预测出不同条件下的对流换热系数,为设备设计优化提供依据。适用范围准确度工作难度通过科学合理地选择对流热传递系数的估算方法,可以提高计算的准确性,为对流传热分析和设备优化设计提供可靠依据。流体流过管束的对流换热1管束几何形状管束的直径、排列方式和管距等几何参数会显著影响传热效果。2流体流动形式流体是以交叉流或平行流经过管束，会影响传热性能。3管壁的温度变化管壁温度的分布状态会影响热传递的整体效果。管束内流体的对流换热特性受到多个因素的影响。管束的几何尺寸、流动形式以及管壁温度分布等都会对换热效果产生重要影响。合理设计各参数对于提高换热性能至关重要。流体在平面上的对流换热1边界层流体在平面上流动时会形成边界层2温度边界层温度