传输原理对流换热课件.pptVIP

第十章对流换热定义：流体流过固体物体表面所发生的热量传递对流换热的基本计算式是牛顿冷却公式，即热流密度为：………………（1）对于面积为A的接触面，对流换热的热流量为：……………（2）确定换热系数的途径：?理论解法：分析解法、积分近似解法、数值解法和比拟解法?实验研究：相似原理1

第一节对流换热的机理及影响因素一、对流换热的机理傅里叶定律：……….（A）换热微分方程牛顿冷却公式与上式联立….(B)2

二、影响对流换热的主要因素(1)流动起因;(2)流动状态;(3)流体有无相变;(4)换热表面的几何因素;(5)流体的热物理性质对流换热分类：强制对流换热、自然对流换热区别被流体冲刷的换热面的几何形状和布置：3

第二节对流换热微分方程组?一、能量微分方程非稳定导热问题，引伸到有流动的场合，热平衡式为：（导热进入微元体热量Q）+（对流进入微元体热量Q)＝(微12元体中流体焓增ΔH)……………….（1-a）由导热进入微元体的热量为：……………….（1-b）?由对流进入微元体的热量分析参看下图。流体在x、y、z方向的速度分量分别为ν，v、ν。先分析x方向上对流的热量xyz流入及流出的情况。4

?dt时间内，由x处的截面进入微元体的热量为：……………….（1-c）?同时间内由x+dx截面流出微元体的热量为：……………..（1-d）?dt时间内x方向进入微元体的热量：…………..（1-e）5

?同理，在y和z方向上得出相应的关系式：………………..（1-f）………………..（1-g）?dt时间内，由对流进入微元体的总热量Q为：2流体在稳态、常物性条件下，中括号中第二项为零？有：…………….（1-h）?在dt时间内，微元体中流体的焓增为：……（1-i）?将（1-b、h、i）三式代入（1-a）即可得能量微分方程：6

二、动量微分方程推导动量微分方程(N—S方程)的依据是牛顿第二定律，即作用于微元体上所有外力之和等于惯性力(即质量乘以加速度)。三、连续性微分方程推导连续性微分方程的依据是质量守恒定律。即在单位时间内，净流入微元体的质量等于微元体内的质量增量。7

第三节对流换热的准数方程式一、对流换热的相似准数对流体换热的相似问题：几何相似、运动相似、热相似和边界条件相似等流体的热量传输微分方程式(或称能量微分方程)为：……………（1-a）设有两个对流换热的相似现象，分别用“′”或“″”，表示，则可对上述方程进行相似转换如下：…………..(1-b)……….(1-c)8

两现象的速度、空间、温度、时间、热扩散率等的相似常数关系式为:…..(1-d)将上式代入（1-c）得：….（1-e）比较式（1-e）和式（1-b）可得出如下结果：9

将式(1—d)再代入上两式，得：…………..（2）……………..（3）考虑对流换热的边界条件，对流换热微分方程为10

对上述的边界方程作相似转换：…………….（3-a）与上述推导过程一样，可得出：即固有：…………….（4）二、对流换热的准数方程式描述对流换热现象的一般性准数方程式为：……………….（5）11

相似准数的物理意义：(1)Nu由边界换热微分方程而来，它反映了对流换热在边界上的特征，Nu数也可变换为：(2)Fo为傅里叶数，来自导热微分方程．与时间因素有关。因α=λ/（ρC），将Fo作如下变换得：ρ(3)Pr是流体物性的无因次组合，又称物性准数。可变换为：12

(4)Pe来自导热微分方程式，表明温度场在空间分布的准数。可变换为：在对流换热中，被决定准数是Nu数，与对流换热有关的其它准数是Re、Gr、Pr。准数方程：湍流强制对流换热时，表示自然对流浮升力影响的Gr数可以忽赂，准数方程简化为：自然对流时又可忽略Re数，而有：在具体应用时，多表示为幂函数形式：13

定性温度和特性尺度–确定准则中物性的温度称为定性温度。不同的定性温度将影响准则关系式的具体形式。流体的平均温度tf，流体主流与壁面的平均温度tm=(tf+tw)/2–准则中包含的几何尺度l称为特性尺度。一般选用在对流换热中起决定作用的几何尺度作为特性尺度。外掠平板的长度，管内径，管外径

第四节强制对流换热的计算一、外掠平板1.流体顺着平板掠过时，层流至湍流的转变临界雷诺数的确定在一般有换热的问题中取Re＜5×105下临2.平板在常壁温边界条件下平均表面传热系数准则关系式如下：层流区：Re＜5×103.最终达到湍流区(5×10热系数α可按以下准则式先计算出Nu，再算出α：55≤Re＜10)时全长合计的平均表面传715

?例24℃的空气以60m／s的速度外掠一块平板，平板保持216℃的板面温度，板长0.4m，试求平均表面传热系数(不计辐射换热)。16