(精)C6对流换热(第五章).pptVIP

七、应用边界层概念应注意的问题 （1）上述边界层概念及分析是以沿平板的无界外部流动为例进行介绍的，内部流动的边界层情况将有很大的变化，后面会介绍； （2）在平板前缘很短的一段距离内，边界层理论不适用； （3）若出现边界层脱体，或发生回流情况，边界层的特性也将改变； （4）对于高普朗特数的油类和低普朗特数的液态金属，边界层的分析也不适用。 小结 一、流动和温度边界层的概念 二、边界层的特点 d l dt l 三、速度边界层与温度边界层的关系 δt δ Pr1 δt δ Pr1 四、引入边界层的意义 理论求解方面： 定性分析方面： 可以将求解区域缩小，描述问题的微分方程进一步简化。 可以根据壁面边界层的情况定性分析对流换热系数的相对大小。 目前，采用实验方法仍是研究对流换热问题的最主要途径。 以管内对流换热问题为例，讨论如何通过实验方法对其进行研究。 5-5 相似原理及量纲分析 实验研究仍然是解决复杂对流换热问题的主要方法, 相似原理则是指导实验研究的理论。 相似原理可以回答如下问题： 如何安排实验？并应该测量哪些量？ 做完实验后如何整理实验数据？ 所得结果可以推广应用的条件是什么？ 一、相似的概念 1、几何相似 图形各对应边成比例 ２、物理量场的相似 　 即同名的物理量在所有对应瞬间、对应地点的数值成比例。 例：流体在圆管内稳态流动时速度场相似，则 ３、物理现象相似 　　对于两个同类的物理现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称此两现象彼此相似。 例如，对于两个稳态的对流换热现象，如果彼此相似，则必有换热面的几何形状相似、温度场、速度场及物性场相似等。 注意：同类现象是指用相同形式和内容的微分方程式（控制方程+单值性条件方程）所描述的现象。 传热学 Heat Transfer 华北电力大学 第五章 对流换热 本章内容划分 概述 （§5-1：分类、影响因素、研究方法等） 理论基础 （§5-3数学描述、边界层理论） 理论求解 （§5-2 边界层的概念（流动边界层、热边界层） 实际对流换热问题的分析和计算 : §5-4外掠平板的对流换热；§5-7内部流动（管内）强制对流换热； §5-8外部流动（管外）强制对流换热； §5-9自然对流换热] §5-1 对流换热概说 一、对流换热的定义和机理 对流换热：流体流过固体壁面时所发生的热 量传递过程。 机理：既有热对流，也有导热，不是基本的热量传热方式。 二、影响对流换热的因素 流体种类 驱动力 几何因素 流体种类 密度、粘度 外部动力；浮升力 形状、大小、相对位置和表面粗糙状况 导热系数、比热和密度 热对流 （流动） 导热 对 流 换 热 层流 湍流 表现为： 如：水、空气、油等 如：泵、重力或浮升力。 流体相态的变化 三、对流换热的分类 四、研究对流换热的方法 分析 解法 实验法 比拟法 数值 解法 采用数学分析求解的方法，有指导意义。 通过大量实验获得表面传热系数的计算公式，是目前的主要途径。 通过研究热量传递与动量传递的共性，建立起表面传热系数与阻力系数之间的相互关系，限制多，范围很小。 和导热问题数值思想一样，发展迅速，应用越来越多。 五、表面传热系数与温度场的关系 当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，流体的流速在靠近壁面处随离壁面的距离的缩短而逐渐降低；在贴壁处被滞止，处于无滑移状态（即：y=0, u=0） 在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递。 根据傅里叶定律： 由以上得：对流换热微分方程式 根据牛顿冷却公式： 它揭示了对流换热问题的本质 §5-2 对流换热问题的数学描述 一、描述对流换热的方程组 温度场 特别是壁面附近的温度分布 温度场 受到流场的影响 流场 温度场 能量方程 能量守恒定律 连续性方程 动量方程 动量守恒定律 质量守恒定律 对流换热微分方程式 、二维、常物性、不可压流体对流换热问题的数学描述 5个方程，5个未知量 — 理论上可解 Q导热 + Q对流 = ?H 微元体的能量守恒： 导热 x方向 y方向 x方向 y方向 三、流体中的能量方程与纯导热微分方程 的区别 与纯导热相比增加了对流项 以下展开讨论 5-3 对流换热的边界层方程组 一、流动边界层 定义：当流体流过固体壁面时,由于流体粘性的作用,使得在固体壁面附近存在速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层或速度边界层。 2. 速度边界层厚度d 的规定：速度等于99%主流速度。 如：20℃空气在平板上以16m/s 的速度流动，在1m处边界层的厚度约为5m