传热20152选编.ppt

4.3 对流传热 4.3.1 对流传热过程分析 4.3.2 对流传热速率 4.3.3 影响对流传热系数的因素 4.3.4 对流传热系数关联式的建立 4.3.5 无相变时的对流传热系数关联式 4.3.6 有相变时的对流传热系数关联式 4.3.1 对流传热过程分析 如果开启电扇，扇起风来，就感觉冷了，这是为什么？ 因为室内空气流速加大，空气将人体表面的热量带走的速率加大，人体内部热量补充不上，所以感觉冷。 一杯热牛奶，用均匀搅拌比不搅拌要凉得快，边搅拌边吹风，则凉得更快。前者利用牛奶对流，后者再加上空气对流。 空气的流速加大，可加快热量的传递， 对流传热机理 通过流体内分子的定向流动和混合而导致热量的传递。 指流体与固体壁面直接接触时的传热，是流体的对流与导热两者共同作用的结果。 传热速率与流动状况有密切关系。 湍动程度越高，对流的传热速率越大 对流传热的分类 自然对流：温差引起密度差，造成流体流。 强制对流：流体靠外加动力流动，造成对流。 传导的方式将热量传给壁面，直线关系 层流，增大温度梯度，使壁面的热流密度增大 流动对传热的影响 湍流脉动增大的温度梯度，使壁面的热流密度增大 层流边界层 湍流边界层 层流内层 边界层界限 u0 u0 u0 x y 层流边界层：边界层内的流动类型为层流 湍流边界层：边界层内的流动类型为湍流 层流内层：边界层内近壁面处一薄层，无论边界层内的流型为层流或湍流，其流动类型均为层流 近壁处，流体温度显著变化的区域--温度梯度 热边界层的概念 （2）热边界层的厚度 （3）热边界层的特点 层内（近壁处）：集中全部的温差和热阻 层外（流体主体）：等温区，无温差和热阻 （4）热边界层发展过程 圆管内 （1）层流边界层（层流内层）内：热传导，热阻大； （2）过渡区：热传导与对流传热共同起作用； （3）湍流区（主体流动区）：充满漩涡，混合很好，对流为主，热阻小。 （5）热边界层与流动边界层关系 区别：本质不同，厚度不一定相等。 联系：研究问题方法相似，两者密切相关。 Combined Convection and Conduction static， Conduction Laminar, Conduction+Convention turbulent turbulent 说明：流动边界层对传热边界层影响显著， 改善流动状况，特别是减薄层流内层厚度， 可使传热速率大大提高。 如何强化传热? 4.3.2 对流传热速率方程和表面传热系数 对流传热过程的简化模型 ① 真实模型 流体主体→过渡层 →层流内层 对流 对流,导热 导热 研究方法：计算各层的热流量。 存在的问题： 无法区分各区 假设 （1）在壁面附近存在一传热边界层（又称有效膜），热量以传热方式进行，在该区内集中着全部热阻，即全部温差； （2）在传热边界层外，混合很好，温度梯度已消失。 （层流内层外的热阻兑换成热传导形式后的虚拟厚度）， ②　简化模型 有效膜（虚拟膜）：集中全部温差，以热传导方式传热。 优点： 对流传热问题 → 导热问题 t──总有效膜厚 e──湍流区和过渡区虚拟膜厚  ──层流底层膜厚  ── 对流传热系数，W/(m2·℃) 流体被冷却：t=T-TW 被加热： t=tW-t 牛顿冷却定律 难测定  表示了对流传热的强度。 关键是如何求 ？ 实验测定 因次分析 A layer of insulation is installed around the outside of a cylinder whose radius r1 is fixed and with a length L. The cylinder has a high thermal conductivity and the inner temperature T1 at point r1 2.Critical Thickness of Insulation for a Cylinder The cylinder is a metal pipe with saturated steam inside .The outer surface of the insulation at T2 is exposed to an environment at T0 where convective heat transfer occurs. To determine the value of the critical radiu