传热学第四章 对流换热原理.pptVIP

* * 作用在x方向上表面力的净值为 : 作用在y方向上表面力的净值为 斯托克斯提出了归纳速度变形率与应力之间的关系的黏性定律 * * 得出作用在微元体上表面力的净值表达式： x方向上 y方向上 ③动量微分方程式 在x方向上 y方向上 惯性力 体积力 压力 粘性力 * * 对于稳态流动： 只有重力场时： 3 能量微分方程 能量微分方程式描述流体温度场—能量守恒 [导入与导出的净热量] + [热对流传递的净热量] +[内热源发热量] = [总能量的增量] + [对外作膨胀功] * * Q = ?E + W W — 体积力(重力)作的功 表面力作的功 ?UK=0、??=0 假设：（1）流体的热物性均为常量 变形功=0 Q内热源=0 （2）流体不可压缩 （3）一般工程问题流速低 （4）无化学反应等内热源 （1）压力作的功： a) 变形功；b) 推动功 （2）表面应力作的功：a) 动能；b) ?? * * Q = ?E + W ? ? W — 体积力(重力)作的功 表面力作的功 一般可忽略 （1）压力作的功： a) 变形功；b) 推动功 ? （2）表面应力（法向+切向）作的功：a) 动能；b) ?? 耗散热 ? 假设：（1）流体的热物性均为常量 变形功=0 Q内热源=0 （2）流体不可压缩 （3）一般工程问题流速低 （4）无化学反应等内热源 * * Q导热 + Q对流+Q耗散 = ?U热力学能 + 推动功 = ?H 耗散热（?? ）：由表面粘性应力产生的摩擦力而转变成的热量。 对于二维不可压缩常物性流体流场而言，微元体的能量平衡关系式为： ΔQ1为以传导方式进入元体的净的热流量； ΔQ2为以对流方式进入元体的净的热流量； ΔQ3为元体粘性耗散功率变成的热流量； ΔH为元体的焓随时间的变化率。 * * ①以传导方式进入元体的净热流量 dy dx 单位时间沿x轴方向导入与导出微元体净热量： 单位时间沿y轴方向导入与导出微元体净热量： * * ②以对流方式进入元体的净热流量 单位时间沿 x 方向热对流传递到微元体净热量 单位时间沿y 方向热对流传递到微元体的净热量： * * ③微元体粘性耗散功率变成的热流量 ④单位时间内、微元体内焓的增量： * * ⑤能量微分方程 当流体不流动时，流体流速为零，热对流项和黏性耗散项也为零，能量微分方程式便退化为导热微分方程式， 所以，固体中的热传导过程是介质中传热过程的一个特例。 流体能量随时间的变化 对流项 热传导项 热耗散项 * * 4层流流动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） 4个方程，4个未知量 ， 可求速度场和温度场 * * 再引入换热微分方程 (n为壁面的法线方向坐标)，最后可以求出流体与固体壁面之间的对流换热系数，从而解决给定的对流换热问题。 5 求解对流换热问题的途径 分析求解。 实验研究。 数值求解。 6 对流换热单值性条件 * * 单值性条件：能单值反映对流换热过程特点的条件 完整数学描述：对流换热微分方程组 + 单值性条件 单值性条件包括：几何、物理、时间、边界 ① 几何条件：说明对流换热过程中的几何形状和大小，平板、圆管；竖直圆管、水平圆管；长度、直径等 ②物理条件：说明对流换热过程物理特征，如：物性参数 ?、? 、c 和 ? 的数值，是否随温度 和压力变化；有无内热源、大小和分布 * * ③时间条件：说明在时间上对流换热过程的特点，稳态对流换热过程不需要时间条件 — 与时间无关 ④边界条件：说明对流换热过程的边界特点，边界条件可分为二类：第一类、第二类边界条件 （1）第一类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的温度值 （2）第二类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的热流密度值 * 牛顿冷却公式实际上只是表面传热系数的一个定义式，它没有解释出表面传热系数与影响他的有关物理量之间的内在联系。研究对流换热的任务就是要揭示这种内在的联系，确定计算表面传热系数的具体表达式。本章的任务就是通过对换热问题的数学描写进行简化求解，得出这样一些表达式。并介绍一些工程中所使用的由实验方法获得的表面传热系数经验公式。因此，我们首要的任务就是对对流换热问题进行数学描述，建立起对流换热的微分方程。 * 穿过不流动的流体层的热量传递方式只能是导热。 因此，对流换热的热量就等于贴壁流体层得到热量 * 注意：这里的导热系数是流体的导热系数，而不是固体的导热系数。 强调上式与第三类边界条件的区别。作为边界条件，h是给定的，已知的。而上式中h是未知的，需要我们通过各种方法求解的。 观察