《传热学》第五章对流换热的理论基础.pptx

第五章

对流传热的理论基础;本章主要内容;自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。

到目前为止，对流换热问题的研究还很不充分。(a)某些方面还处在积累实验数据的阶段；(b)某些方面研究比较详细，但由于数学上的困难；使得在工程上可应用的公式大多数还是经验公式（实验结果）;1对流换热的定义和性质;对流换热实例：1)暖气管道;2)电子器件冷却；3)电风扇;3对流换热的基本计算式;4表面传热系数（对流换热系数）;5对流换热的影响因素;(1)流动起因;(2)流动状态;(3)流体有无相变;(4)换热表面的几何因素：;(5)流体的热物理性质：;综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：;对流换热分类小结

;§5-2对流传热问题的数学描述;在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递;根据牛顿冷却公式：;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;对流换热问题的数学描述;4个未知量：速度u、v；温度t；压力p;1质量守恒方程（连续性方程）;单位时间内、沿y轴方向流入微元体的净质量：;二维连续性方程;2动量守恒方程;动量微分方程—Navier-Stokes方程（N-S方程）;3能量守恒方程;dt时间内、沿x方向进入微元体的焓：;dt时间内、沿x方向的焓差：;能量守恒方程;对流换热微分方程组:（常物性、无内热源、二维、不可压缩牛顿流体）;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：;方程组讨论：;表面传热系数的确定方法;4对流换热过程的单值性条件;(4)边界条件;§5.3边界层型对流换热问题的数学描述;;;;;二、热边界层（Thermalboundarylayer）;层流：温度呈抛物

线分布;边界层概念的引入可使换热微分方程组得以简化。;例：二维、稳态、强制对流、层流、忽略重力;;;表明：边界层内的压力梯度仅沿x方向变化，而边

界层内法向的压力梯度极小。;层流边界层对流换热微分方程组：;对于外掠平板的层流流动:;§5-4流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论;流动边界层和热边界层厚度之比;特征数方程;上图表明，在;注意：Nu与Bi???区别！;解：边界层的平均温度都为;流动边界层的厚度为;比拟理论的基本思想;当圆管内流速很低时，观察到的染色线是一条直线——层流流动;动量与热量传递有类似的规律;当Pr=1时：;——湍流导温系数（湍流热扩散系数），m2/s;当Pr=1时：;湍流动量扩散率;则有;当Pr=1时，则应该有完全相同的解，此时：;类似地：;;式中，称为斯坦顿（Stanton）数，其定义为;当平板长度l大于临界长度xc时，平板上的边界层由层流段和湍流段组成。;作业