文档介绍：第四章传热
一、对流传热的分析
二、壁面和流体的对流传热速率
三、热边界层
第三节对流传热
一、对流传热的分析
流体沿固体
壁面的流动
滞流内层
缓冲层
湍流主体
流体分层运动,相邻层间没有流体的宏观运动。在垂直于流动方向上不存在热对流,该方向上的热传递仅为流体的热传导。该层中温度差较大,即温度梯度较大。
热对流和热传导作用大致相同,在该层内温度发生较缓慢的变化。
温度梯度很小,各处的温度基本相同。
对流传热是集对流和热传导于一体的综合现象。
对流传热的热阻主要集中在滞流内层。减薄滞流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。
二、壁面和流体间的对流传热速率
1、对流传热速率表达式
据传递过程速率的普遍关系,壁面和流体间的对流传热速率:
推动力:壁面和流体间的温度差
阻力:影响因素很多,但与壁面的表面积成反比。
对流传热速率方程可以表示为:
——牛顿冷却定律
在换热器中,局部对流传热系数α随管长而变化,但在工程计算中,常使用平均对流传热系数,此时牛顿冷却定律可以表示为:
2、对流传热系数
对流传热系数a定义式:
表示单位温度差下,单位传热面积的对流传热速率。
单位W/。
反映了对流传热的快慢,对流传热系数大,则传热快。
三、热边界层与换热微分方程式
热边界层(温度边界层) :
壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域。
规定
处为热边界层的界限,
热边界层的厚度常用
表示。
温度边界层内的温度分布与流动边界层内流体的流动情况有关:
在靠近壁的层流内层中流动为层流,热量传递通过导热进行。温度分布曲线的斜率大(温度梯度大)。
在缓冲层内,由于对流传热的作用,温度梯度变小。
在湍流核心,质点湍动强烈,对流很快,温度梯度更小。
如果用
表示贴壁处流体的温度梯度,
则
与牛顿冷却定律
联立:
——理论上计算对流传热系数的基础
表明:对一定的流体,当流体与壁面的温度差一定时,对流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度。
热边界层的厚薄,影响层内温度分布,因而影响温度梯度。当边界层内、外的温度差一定时,热边界层越薄,温度梯度越大,因而α也就上升。因此通过改善流动状况,使层流底层厚度减小,是强化传热的主要途径之一。