传热学（林贵平）传热学-第五章.pptVIP

第五章 对流换热 * 式中第一个组合量 是雷诺数，第二个组合 量可改写为（与雷诺数相乘）： 称为格拉晓夫数。 在物理上， 数是浮升力/粘滞力比值的一种量度。 数的增大表明浮升力作用的相对增大。 自然对流换热准则方程式为 第五章 对流换热 * 自然对流换热可分成大空间和有限空间两类。 大空间自然对流：流体的冷却和加热过程互不影响，边界层不受干扰。 如图两个热竖壁。底部封闭，只要 底部开口时，只要 壁面换热就可按大空间自然对流处理。（大空间的相对性） 第五章 对流换热 * 工程中广泛使用的是下面的关联式： 式中：定性温度采用 数中的 为 与 之差， 对于符合理想气体性质的气体， 。 特征长度的选择：竖壁和竖圆柱取高度，横圆柱取外径。 常数C和n的值见下表。 一. 大空间自然对流换热的实验关联式 第五章 对流换热 * 注：竖圆柱按上表与竖壁用同一个关联式只限于以下 情况： 第五章 对流换热 * 习惯上，对于常热流边界条件下的自然对流，往往采用下面方便的专用形式： 式中：定性温度取平均温度 ，特征长度对矩形取短边长。 按此式整理的平板散热的结果示于下表。 第五章 对流换热 * 这里流动比较复杂，不能套用层流及湍流的分类。 第五章 对流换热 * 二. 有限空间自然对流换热 这里仅讨论如图所示的竖的和水平的两种封闭夹层的自然对流换热，而且推荐的冠军事仅局限于气体夹层。 封闭夹层示意图 第五章 对流换热 * 夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度 为特征长度的 数： 当 极低时换热依靠纯导热： 对于竖直夹层，当 对水平夹层，当 另：随着 的提高，会依次出现向层流特征过渡的 流动（环流）、层流特征的流动、湍流特征的流 动。 对竖夹层，纵横比 对换热有一定影响。 第五章 对流换热 * 一般关联式为 ①对于竖空气夹层，推荐以下实验关联式： 第五章 对流换热 * ②对于水平空气夹层，推荐以下关联式： 式中：定性温度均为 数中的特征 长度均为 。 对竖空气夹层， 的实验验证范围为 实际上，除了自然对流外，夹层中还有辐射换热，此时通过夹层的换热量应是两者之和。 第五章 对流换热 * 三. 自然对流与强制对流并存的混合对流 在对流换热中有时需要既考虑强制对流亦考虑自然对流 考察浮升力与惯性力的比值 一般认为， 时，自然对流的影响不能忽略， 而 时，强制对流的影响相对于自然对流可以 忽略不计。 自然对流对总换热量的影响低于10％的作为纯强制对流； 强制对流对总换热量的影响低于10％的作为纯自然对流； 这两部分都不包括的中区域为混合对流。 第五章 对流换热 * 第五章 对流换热 * 上图为流动分区图。其中 数根据管内径 及 计算。定性温度为 第五章 对流换热 * 混合对流的实验关联式这里不讨论。 推荐一个简单的估算方法： 式中： 为混合对流时的 数， 而 、 则为按给定条件分别用强制对流 及自然对流准则式计算的结果。 两种流动方向相同时取正号，相反时取负号。 n之值常取为3。 第五章 对流换热 * 思考题： 1.对流换热是如何分类的? 影响对流换热的主要物理因素. 2.对流换热问题的数学描写中包括那些方程? 3.自然对流和强制对流在数学方程的描述上有何本质区别? 4.从流体的温度场分布可以求出对流换热系数(表面传热系 数), 其物理机理和数学方法是什么? 5.速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义. 6.管外流和管内流的速度边界层有何区别? 7.为什么说层流对流换热系数基本取决与速度边界层的厚度? 8.从边界层积分方程的应用结果来说明. 9.为什么温度边界层厚度取决与速度边界层的厚度? 10.对十分长的管路, 为什么在定性上可以判断管路内层流 对流换热系数是常数? 第五章 对流换热