文档介绍：第五章对流传热的理论基础
传热学 Heat Transfer
对流换热:流体流过固体壁面时由于流体、固体表面温差所引发的热量交换。
5-1 对流传热概述
特点:
流体与固体表面直接接触;
存在温差;
同时存在导热和对流;
近壁面存在速度梯度较大的边界层。
牛顿冷却公式
研究目的:
揭示 h 的影响因素;
定量计算表面换热系数 h;
研究强化对流换热的措施。
传热学 Heat Transfer
5-1 对流传热概述
对流换热的主要影响因素:
流动的起因;
流体有无相变;
流动的形态;
换热表面的几何因素;
流体的物理性质。
表面换热系数 h 取决于多种因素,是一个复杂的函数:
自然对流
强迫对流
传热学 Heat Transfer
5-1 对流传热概述对流换热的分类
传热学 Heat Transfer
5-1 对流传热概述
对流换热的研究方法:
分析法;
比拟法;
基于相似理论的实验方法(第六、七章);
数值计算方法(略)。
分析法求解对流换热问题的实质: 如何从解得的温度场计算表面传热系数?
根据对流换热量=贴壁流体层的导热量,建立 h 与流体温度场的关联。
λ:流体导热系数∂t/∂y: 贴壁流体层的温度梯度
注意与导热问题第三类边界条件的区别
传热学 Heat Transfer
5-2 对流传热问题的数学描述
假设:
流体为连续介质,流动为二维;
流体为不可压缩牛顿流体;
常物性、无内热源;
忽略粘性耗散热;
忽略辐射换热。
四个未知量:u, v, p, t。
需要四个方程:基于质量守恒的连续方程
基于动量守恒的动量方程(x, y方向)
基于能量守恒的能量方程
传热学 Heat Transfer
5-2 对流传热问题的数学描述
基于质量守恒的连续方程:
单位时间流入流出微元体的净质量= 微元体内流体质量的变化
二维、不可压缩、稳态(定常)流动:
传热学 Heat Transfer
5-2 对流传热问题的数学描述
基于动量守恒的动量方程(纳维-斯托克斯方程):
作用在微元体上外力的总和=微元体中流体动量的变化率
牛顿第二运动定律 F=am
惯性力
体积力
压力梯度
粘性力
传热学 Heat Transfer
5-2 对流传热问题的数学描述
能量守恒方程:热力学第一定律 Q=∆E+W
[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] + [对外膨胀功]
假设:
无内热源,低速流动,流体不对外作功
Q导热+ Q对流= U热力学能
传热学 Heat Transfer
5-2 对流传热问题的数学描述
Q导热+ Q对流= U热力学能
单位时间导入导出的净热量:
单位时间热力学能的增量:
单位时间沿 x 方向热对流传递到微元体的净热量:
单位时间沿 y 方向热对流传递到微元体的净热量:
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