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高等传热学学习报告 专业：动力工程 学号姓名：张立明 一． 对流传热 1. 概念对流传热是传热学的重要组成部分，研究流体流动所引起的传热现象。 2．机理：依靠流体流动将热量从一处传递到另一处，即运动的流体质点以热焓形式将热量带走。由于壁面上流体速度为零，故流体传给壁面的热流密度仍由傅里叶定律确定。总之对流给热是流体流动载热与热传导的联合作用的结果。 传递的热量： Q=mc(tf1-tf2) 3.影响因素： 流体流动的状态，流体对壁面的热流密度因流动而增大，湍流的传热效果一般比层流的要好。壁面的材料和几何形状对传热也有很大的影响。液体的物理性质密度、粘度、热容等也对对流传热有很大的影响。 4.微分方程 求解对流换热问题时需要联立求解连续性方程、动量方程、能量方程和熵方程 ① 质量连续方程 对于闭口系统，质量是守恒的；对于开口系统，流过系统的质量是“连续”的，也就是说对于时间是可导的。 Mcv为某一时刻控制体内的质量；qm为输入、输出控制体的质量流量。 连续方程： ② 动量方程 将动量守恒定律应用于运动的流体（控制体）中，可以得到动量方程。控制体上的外作用力分为表面力（与表面积成正比，如压力和粘性应力等）和体积力（与体积成正比，如重力和离心力等）。 作用于控制体上的力平衡 N_S方程 ③ 能量方程 对流换热的温度场可以通过求解能量方程获得，因而得到正确的能量方程是十分重要的。 单位时间内由于热对流流体通过界面净携入控制体的能量dQ、单位时间内由于导热（分子扩散）在界面处净导入控制体的能量以及单位时间内作用在界面上的力对控制体内流体所作的功dW之和，等于控制体内流体的总能量对时间的变化率dE。用公式表示为 微分形式 ④ 熵方程 对流换热基本原理的讨论必须包括热力学第二定律。温度和力的不平衡导致能量和动量传递，使流体趋于新的平衡。流动过程中的粘性耗散使部分功量转换为热量，形成系统的熵产。 与连续性方程的推导类似，可以得到控制体的熵方程 可以得到微分形式 5．求解方法 建立在质量、动量和能量守恒基础上的对流换热微分方程组，揭示了流体的速度、压力和温度的变化规律，前面推导的方程包含u、v、w、p、t等5个未知量，对于三维常物性对流换热问题，方程组是封闭的，求解方程组可以得到速度场和温度场。若热物性随温度变化，则可以利用连续性方程、动量方程和能量方程耦合求解速度场、压力场和温度场，但必须补充物性方程，以使方程组封闭。 对流换热微分方程组反映的是流体与壁面换热的共性，而具体的换热现象总是在特定条件下进行的，有着独有的个性。微分方程组不能给出特定条件下的速度场和温度场，必须依赖特定的条件。 对流换热微分方程组的求解途径主要有：数学分析方法、数值求解方法和实验求解方法。 6. 量纲分析 工程实际中有很多问题是相当复杂的，无法建立速度温度的微分方程，只能了解到一些物理参数。对于这类问题则可通过量纲分析方法导出相似原则。 ① 量纲及其性质 物理量的单位决定量度的数量，而量纲则指量度的性质。一个物理量的单位虽然可以有多种，但其量纲是不变的。传质传热问题主要物理量有长度、质量、时间、热力学温度，其量纲分别用L、M、T、Θ表示，而其他物理量的量纲则是这些基本量纲的组合，并依照习惯，用[A]表示物理量A的量纲。如面积S的量纲为[S]=[L2]。对于某一物理过程，用那些量纲作为基本量纲，取决于该过程涉及的物理参数的量纲。 只有量纲相同的物理量才能相加减，所以正确的物理关系式中各加和项的量纲必须是相同的，等式两边的量纲也必然是相同的，这就是量纲和谐原理。 利用量纲和谐原理，对影响物理过程的各有关变量进行量纲分析，可将这些变量组合成数目较少的无量纲特征数，然后通过实验确定这些无量纲特征数之间的关系，从而大大减少实验的次数，使问题的分析得以简化。这种无量纲特征数之间的实验关联式还可能将小模型上的实验数据放大应用于生产实际。 ② 量纲分析方法 量纲分析方法包括瑞利方法和白金汉姆方法 瑞利方法 瑞利方法的前提条件是影响流动现象的变量之间的函数关系是幂函数乘积的形式，求解这个函数关系的具体步骤是： 确定重要的物理参数（必须是独立的），并假定它们之间的函数关系可表示为幂函数乘积的形式； 根据量纲和谐原理，建立各物理参数指数的联立方程组； 解方程组求得各物理参数的指数值，代入所假定的函数关系式，得到无量纲特征数（相似数）之间的函数关系式； 通过模型试验，确定关系式中的待定常数，从而得到描述该流动问题的具体的经验公式。 白金汉姆方法（π定理） π定理的基本原理是：若某一物理过程需要n个物理参数来描述，且这些物理参数涉及r个基本量纲，则此物理过程可用n-r个无量纲特征数来描述，这些无量纲特征数称为π项。其数学表达式为： f(π1，π2，… …，πn-r