对流换热1幻灯片课件.ppt

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1、对流换热1一般约定,q总取正值，因此当twtf时，t=tw-tf，当twh自然自然流体冲刷的换热面的几何形状和布置内部流动对流换热：管内或槽内内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束不同几何布置，其换不同几何布置，其换不同几何布置，其换不同几何布置，其换热规律截然不同。热规律截然不同。热规律截然不同。热规律截然不同。Turbulent FlowTurbulent Flow湍流（紊流），湍流（紊流），湍流（紊流），湍流（紊流），Turbulent FlowTurbulent Flowh h湍流湍流湍流湍流hh层流层流层流层流整个流场

2、呈一簇互相平行的流线整个流场呈一簇互相平行的流线流线呈杂乱的不规则运动流线呈杂乱的不规则运动层流，层流，Laminar flow流体流动的形态流体的热物理性质：导热系数，导热系数，导热系数，导热系数，密度，密度，密度，密度，比热容，比热容，比热容，比热容，c c动力粘度，动力粘度，动力粘度，动力粘度，()()运动粘度，运动粘度，运动粘度，运动粘度，=/=/体积膨胀系数，体积膨胀系数，体积膨胀系数，体积膨胀系数，流体内部和流体与壁面间导热热阻小流体内部和流体与壁面间导热热阻小流体内部和流体与壁面间导热热阻小流体内部和流体与壁面间导热热阻小单位体积的流体能够携带更多的能量单位体积的流体能够携带更多

3、的能量单位体积的流体能够携带更多的能量单位体积的流体能够携带更多的能量有碍流体流动、不利于热对流有碍流体流动、不利于热对流有碍流体流动、不利于热对流有碍流体流动、不利于热对流自然对流换热增强自然对流换热增强自然对流换热增强自然对流换热增强不同物性参数最终以准则这种无量纲综不同物性参数最终以准则这种无量纲综不同物性参数最终以准则这种无量纲综不同物性参数最终以准则这种无量纲综合量的形式来影响对流换热系数合量的形式来影响对流换热系数合量的形式来影响对流换热系数合量的形式来影响对流换热系数h h。贴壁处热量传递机理粘性流体亦即实际流体，其粘性用粘度或表观粘度来表征。实际流体的这种粘性作用一般仅限于壁面

4、附近的流体层，称为边界层。边界层理论是粘性流体流动的基本理论。作为一种假设，将无粘性的流体称为理想流体。当粘性流体绕过物体表面流动时，通常把距离该物体表面相当远处，无速度梯度的流体视为理想流体。当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在靠近壁面的地方流速逐渐减小，而在贴壁出流体将被滞止而处于无滑移状态。就是说贴壁处流体没有相对于壁面的流动，在流体力学中称为贴壁处的无滑移边界条件。表示边界层内流体的速表示边界层内流体的速表示边界层内流体的速表示边界层内流体的速度场，度场，度场，度场，u u（最好用（最好用（最好用（最好用u uf f，以，以，以，以示统一）示统一）示统一）示统一）表示流体的主流

5、表示流体的主流表示流体的主流表示流体的主流速度，速度，速度，速度，通常规定达到主流通常规定达到主流通常规定达到主流通常规定达到主流速度速度速度速度u uf f的的的的99%99%处的距离为处的距离为处的距离为处的距离为边界层厚度边界层厚度边界层厚度边界层厚度。沿着流动方沿着流动方沿着流动方沿着流动方向，边界层厚度在增大。向，边界层厚度在增大。向，边界层厚度在增大。向，边界层厚度在增大。无论层流流动还是湍流流动的流体，无滑移无论层流流动还是湍流流动的流体，无滑移无论层流流动还是湍流流动的流体，无滑移无论层流流动还是湍流流动的流体，无滑移边界条件都是适用的。边界条件都是适用的。边界条件都是适用的。

6、边界条件都是适用的。壁面与贴壁边界层流体的热量传递只能通过导热的方式，因此对流换热量就等于穿过贴壁流体层的导热量。其中，其中，其中，其中，为贴壁处流体的为贴壁处流体的为贴壁处流体的为贴壁处流体的法向法向法向法向温度变化率温度变化率温度变化率温度变化率 为流体的导热系数，为流体的导热系数，为流体的导热系数，为流体的导热系数，A A为换热面积。将牛顿冷却公式为换热面积。将牛顿冷却公式为换热面积。将牛顿冷却公式为换热面积。将牛顿冷却公式与上式联立求解得与上式联立求解得与上式联立求解得与上式联立求解得表面传热系数表面传热系数表面传热系数表面传热系数与流体的温度场存在关系，要求解对流换热系数，首先与流体

7、的温度场存在关系，要求解对流换热系数，首先与流体的温度场存在关系，要求解对流换热系数，首先与流体的温度场存在关系，要求解对流换热系数，首先要求解流体的温度场要求解流体的温度场要求解流体的温度场要求解流体的温度场6.3对流换热微分方程组对流换热方程组一般包括：换热微分方程式，能量微分方程，x、y、z三个方向的动量微分方程及连续性微分方程，共计六个方程。能量微分方程其推导过程与导热微分方程类似推导过程中假定流体是常物性对于微元体的热平衡式是由导热进入微元体的热量由导热进入微元体的热量由导热进入微元体的热量由导热进入微元体的热量QQ1 1+由对流进入微元体的热量由对流进入微元体的热量由对流进入微元体

8、的热量由对流进入微元体的热量QQ2 2=微元体中流体的焓增微元体中流体的焓增微元体中流体的焓增微元体中流体的焓增HHd时间内、沿x轴方向导入与导出微元体净热量：d时间内、沿y轴方向导入与导出微元体净热量：d时间内、沿z轴方向导入与导出微元体净热量：向微元体中净导入的热量根据傅里叶定律可得：所以因为前面提到是常物性，所以导入微元体的净热量Q1是对流进入微元体的热量d时间内、沿x处截面进入微元体的热量同时间内由x+dx截面流出微元体的热量为其中其中其中其中 表示流体密度，表示流体密度，表示流体密度，表示流体密度，c c表示流体比表示流体比表示流体比表示流体比热容，热容，热容，热容，t t表示流体温

9、度，表示流体温度，表示流体温度，表示流体温度，u u表示表示表示表示x x方方方方向上流体的速度，向上流体的速度，向上流体的速度，向上流体的速度，dydzdydz表示微元体表示微元体表示微元体表示微元体在在在在x x处的截面，处的截面，处的截面，处的截面，d d 表示微小时间量。表示微小时间量。表示微小时间量。表示微小时间量。d时间内、沿x方向进入微元体的净热量消去高次微分项，在进消去高次微分项，在进消去高次微分项，在进消去高次微分项，在进行微分推导时，这是一行微分推导时，这是一行微分推导时，这是一行微分推导时，这是一种普遍的数学处理方法。种普遍的数学处理方法。种普遍的数学处理方法。种普遍的数

10、学处理方法。d时间内、沿y方向进入微元体的净热量d时间内、沿z方向进入微元体的净热量v v表示沿表示沿表示沿表示沿y y方向上流体的速度方向上流体的速度方向上流体的速度方向上流体的速度ww表示沿表示沿表示沿表示沿z z方向上流体的速度方向上流体的速度方向上流体的速度方向上流体的速度对流进入微元体的热量Q2根据（根据（根据（根据（6-76-7）连）连）连）连续性微分方程得续性微分方程得续性微分方程得续性微分方程得在d时间内，微元体中流体的温度改变了其焓增为其焓增为其焓增为其焓增为能量微分方程能量微分方程能量微分方程能量微分方程当流体不动时，u=v=w=0，能量微分方程就变成无内热源的导热微分方程

11、能量微分方程包含对流项表明对流换热是对流与导热能量微分方程包含对流项表明对流换热是对流与导热能量微分方程包含对流项表明对流换热是对流与导热能量微分方程包含对流项表明对流换热是对流与导热两种基本热量传递方式的联合作用。流动着的流体，两种基本热量传递方式的联合作用。流动着的流体，两种基本热量传递方式的联合作用。流动着的流体，两种基本热量传递方式的联合作用。流动着的流体，除了导热之外，还能依靠流体的宏观位移来传递热量除了导热之外，还能依靠流体的宏观位移来传递热量除了导热之外，还能依靠流体的宏观位移来传递热量除了导热之外，还能依靠流体的宏观位移来传递热量由于t=f(x,y,z,),t t对对对对 的全导数的全导数的全导数的全导数热扩散率热扩散率热扩散率热扩散率拉普拉斯算子拉普拉斯算子拉普拉斯算子拉普拉斯算子能量微分方程更简练的数学表达式能量微分方程更简练的数学表达式能量微分方程更简练的数学表达式能量微分方程更简练的数学表达式对于稳态问题，能量微分方程简化为：对于稳态问题，能量微分方程简化为：对于稳态问题，能量微分方程简化为：对于稳态问题，能量微分方程简化为：作业完整的把课本中已上内容看一遍。对前面作业中所犯各种错误进行回顾总结。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢