《传热学对流换热》课件.pptVIP

*******************传热学对流换热对流换热是热量通过流体运动传递的传热方式，是热传导和热对流的综合体现。对流换热在工业生产、日常生活中应用广泛，例如锅炉、空调、散热器等。前言：传热学基本概念回顾热量传递热量传递是热能从高温物体传递到低温物体的过程，它可以通过传导、对流和辐射三种方式进行。温度温度是描述物体冷热程度的物理量，它反映了物体内部微观粒子运动的剧烈程度。对流换热概述对流换热是指流体与固体表面之间通过流体运动发生的热量传递过程。流体运动可以是自然对流，例如空气对流，也可以是强制对流，例如风扇或泵产生的流动。对流换热过程通常需要考虑流体性质、流速、固体表面积、温度差等因素的影响。对流换热在许多工程应用中至关重要，例如热交换器、冷却系统、锅炉等。对流传热机理1流体运动流体流动将热量传递至固体表面。2热量传递流体和固体表面之间存在温度梯度。3对流换热流体与固体表面之间进行热量交换的过程。对流换热是流体运动和热传导共同作用的结果。自然对流概述11.自然对流流体密度差异引起的对流，不需外力推动。22.密度差异受热膨胀，密度降低，向上浮动，形成对流。33.驱动力浮力与重力之间的差异，驱动流体流动。44.例子热气球、暖气片、锅炉、太阳能热水器。自然对流的基本参数自然对流是指由于流体密度差而引起的流体流动。影响自然对流换热的几个关键参数包括：流体的热膨胀系数流体的粘度流体的热导率重力加速度温度差这些参数共同决定了自然对流的强度和方向。自然对流换热的经验公式格拉斯霍夫数(Gr)格拉斯霍夫数表征浮力与粘性力的比值，用于判断自然对流换热的强度。努塞尔特数(Nu)努塞尔特数反映对流换热与纯导热换热的比值，表示对流换热的效率。普朗特数(Pr)普朗特数表征动量扩散率与热量扩散率的比值，反映流体物性对自然对流换热的影响。自然对流典型应用实例分析热气球热气球利用空气加热后膨胀的原理上升，是一个典型的自然对流现象。暖气片暖气片依靠自然对流散热，暖空气上升，冷空气下降，形成空气循环。室内通风室内自然通风依靠温度差异引起的空气流动，例如房屋开窗，热空气从窗户上升，形成自然通风。风力发电风力发电利用自然风产生的动力，推动风机叶片旋转，将风能转化为电能。强制对流概述强制对流是由外力驱动流体运动，如风机、泵等。强制对流可提高传热效率，广泛应用于工业生产和日常生活。管道内强制对流、平板外强制对流、圆柱外强制对流等。管道内强制对流换热1流体流动流体在管道内流动2热量传递流体与管道壁面之间进行热量交换3换热系数衡量传热效率的重要指标4影响因素流体性质、流速、管道直径等强制对流换热是指流体在机械力的作用下流动，从而增强流体与固体表面之间的热量传递。在管道内，流体流动状态主要受流速、管道直径、流体性质的影响，而这些因素也会直接影响到换热系数的大小。浴轮机叶片强制对流换热概述浴轮机叶片在高速旋转过程中，与周围流体发生强烈的相对运动，形成强制对流换热。该过程涉及复杂的流动模式、热传递机制以及叶片材料的热性能。影响因素叶片形状、尺寸、材料、转速、流体性质和工况条件等因素都会影响换热效率，因此需要进行精细的设计和分析。应用场景浴轮机叶片强制对流换热广泛应用于航空发动机、燃气轮机、汽轮机等各种热力设备，对设备的性能和效率至关重要。换热器强制对流换热1换热器类型换热器种类繁多，常见的包括板式换热器、管壳式换热器、螺旋板换热器等。每种类型都有其优缺点，选择合适的换热器类型取决于应用场景和具体需求。2流体特性流体的物理特性如粘度、密度、比热容、热导率等会影响换热效率，需根据具体流体特性选择合适的换热器设计和操作参数。3传热系数传热系数是衡量换热器性能的关键指标，受流体特性、换热器结构、流速等因素影响。提高传热系数可以提高换热效率，降低能源消耗。边界层理论在对流换热中的应用边界层流体与固体表面之间的薄层区域热阻传热过程中的阻力传热系数衡量传热能力的重要指标湍流边界层的特征湍流边界层是指流体在固体表面流动时，由于粘性和惯性力的相互作用，流体运动呈现出不规则、随机的波动特征的区域。湍流边界层通常伴随着剧烈的混合和能量传递，是许多工程应用中的关键因素，例如飞机机翼的空气动力学设计和管道中的流体流动。1混沌速度和压力波动剧烈，呈现出无序和不可预测性。2混合流体层之间发生强烈混合，导致动量、热量和质量传递速率显著提高。3涡旋流体中形成大小不一的涡旋，它们不断运动、碰撞和融合，形成复杂的湍流结构。4耗散湍流边