传热学课件资源TGH-HT-chap5.ppt

研究目的：计算在各种不同条件下的表面传热系数h三、边界层微分方程组边界层微分方程组是指对边界层区域的数学描写，它是在完整的数学描写基础上根据边界层的特点简化而得到。简化可采用数量级分析的方法。xy0lxdu∞主流区边界层区以稳态、二维、常物性、不可压缩流体的对流传热问题为例，其微分方程组可表示为：BC?需要14个定解条件，已有12个边界条件1.数量级分析方法的基本思想分析比较方程中等号两侧各项的数量级大小，在同一侧内保留数量级大的项而舍去数量级小的项2.实施方法①列出所研究问题中几何变量及物理变量的数量级的大小，一般以1表示数量级大的物理量的量级。以Δ表示小的数量级(至于Δ比1小多少，没有严格规定，一般至少小两个数量级)②导数中导数的数量级由自变量及因变量的数量级代入获得3.能量方程的简化设x数量级为1，则y数量级为Δ（小量级），x~1，板长l~1，y~Δ，δ~Δ，t~1，主流方向二阶导数项略去，说明在热边界层中，沿y方向的导热与对流项有相同数量级，而沿x方向导热可以忽略简化后7个BC：Bernoulli理想不可压缩流体4.边界层微分方程的特点(1)边界层由椭圆型方程简化到抛物线型。略去动量方程和能量方程中主流方向的二阶导数项(2)方程少了一个，变量少了一个(3)定解条件：14个减少到7个四、Prandtl数的物理意义两个方程在数学上完全等价如果，则无量纲速度和无量纲温度应该完全一样则流体的运动粘度反映了流体中由于分子运动而扩散动量的能力，这一能力越大，粘性的影响传递越远，因而流动边界层越厚。相类似，热扩散率越大则温度边界层越厚。普朗特数反映了流动边界层与温度边界层厚度的相对大小。δδtPr1δtδPr1（1）高普朗特数流体，如一些油类的流体，在102~103的量级；（2）中等普朗特数的流体，0.7~10之间，如气体为0.7~1.0,水为0.9~10；（3）低普朗特数的流体,如液态金属等，在0.01的量级。根据普朗特数的大小，流体一般可分为三类：§5-4流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论一、外掠等温平板层流流动对流传热问题分析解Blasius解:Polhausen解:二、特征数方程:以特征数的形式表示的计算式(2)雷诺数：(1)努塞尔数Nux：(3)层流流动的判别条件：对于长度为l的等温平板，其平均的努塞尔数如何计算？思考：比较Nu数与Bi数的区别三、局部对流传热系数与边界层的关系流体外掠平板时流动边界层的形成与发展及局部表面传热系数变化示意图层流：温度呈抛物线分布湍流边界层贴壁处的温度梯度明显大于层流，湍流换热比层流换热强湍流：温度呈幂函数分布*传热学HeatTransfer第5章（基础部分）：介绍影响对流传热的因素，确定对流换热表面传热系数h的几种方法及这些方法的介绍，理解物理机制第6章：具体介绍目前工程计算中较常用的几种类型情况下确定h的计算式（单相对流）对流传热(ConvectiveHT)第7章：相变对流传热（凝结/沸腾）的基本特点以及计算式第五章对流传热理论基础对流传热：流体流过固体壁面时所发生的热量传递过程。特点：温差存在，与固体表面直接接触；导热与对流联合作用的结果。一、影响对流传热的因素1.流动起因(Thecauseofmotion)ForcedconvectionMixedconvectionNaturalconvection§5-1对流传热概述2.流体流动状态(Theflowregimes)LaminarflowTurbulentflow流体力学实验：一滴红墨水滴到流体中1883年，Reynolds本人如是说ReynoldsTubeExperiment(1883)3.换热表面几何因素(Thegeometricfactors)形状（shape）相对位置(relativeposition)表面粗糙情况(surfaceroughness)尺度(scale)内流（internalflow）外流（externalflow）4.换热过程有无相变(phasechange)Boiling,condensation5.流体的物性(Thethermophysicalproperties)前4类影响因素构成将对流传热进行分类的基架，流体的物性将通过一个特殊的无量纲数来专门予以反映二、对流传热的分类(classif