文档介绍：第四节对流传热(1)
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对流传热的分析
¶u
第一章讨论过,有(速度梯度)存在处,会形成流动
¶y
¶t
边界层;同样,有(温度梯度)存在处,会形成热边
¶n
界层。 r大,Δt大, ¶t/ ¶ n大
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在层流底层中,沿壁面的法向上没有对流传
热,该方向上热的传递仅为热传导。
层流底层热阻很大,因此,该层中的温度差
也较大,即温度梯度较大。
湍流主体中的温度差(温度梯度)极小,各处
的温度基本相同。
在湍流主体和层流底层的过渡层内,热传导和
对流均起作用,在该层内温度发生缓慢的变化。
对流传热的热阻主要集中在层流底
层内,因此,减薄层流底层的厚度是强
化对流传热的主要途径。
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对流传热:运动着的流体微团以内能形式携带着能
量由一处移向另一处的热量传递过程。
强制层流
强制湍流
对流传热
自然对流
蒸气冷凝与液体沸腾
对流传热的机理:参见课本第339~340页
当湍流流体流经固体壁面时,将形成湍流边
界层,各层中的传热方式不同。
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(热边界层)及对流传热
系数(膜系数)
流体流经固体壁面时,若两者存在温度差,则
壁面附近的流体受壁面温度的影响而有一个温度梯
度,将此温度梯度的区域称为热边界层。
根据对流传热机理有:
层流内层:导热,热阻很大(厚度小) →温度梯度大
湍流核心:涡流传热,热阻小→温度梯度小
热边界层如第340页图5-11所示。
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为便于处理,认为传热热阻主要在层流内层中,即
厚度中的导热热阻。
k
根据Fourier’s Law q = S(ts  tb )
δ f
为虚拟的导热膜厚度,其值大小与很多因素有
δ f
关,且不易测定。
k 则 q hS(t t )
令 h = = s  b
δ
f (牛顿冷却定律)
h 称为对流传热系数
它与流体的物理性质、壁面的几何形状和粗糙度、流
体的速度、流体与壁面之间的温度差等因素有关。
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h与层流内层膜厚度密切相关,故又称为“膜系数”。
圆管流:tb 取流体主体温度 tb
平板层流:tb 取流体均匀温度 t0
相变传热:tb 取相变温度
膜系数在流体流动方向上的不同地方是不同
的,通常要对所流过距离的膜系数取平均值。
1 L
平均膜系数: hm = hx dx
L ò0
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为求 hm ,常将其与壁面附近流体的温度梯度相联
系,热量衡算得(以圆管为例):
dt
q = kS = hS(t t )
dr r=ri s b
k dt
h =
r=ri
ts  tb dr
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求h的步骤(必须求温度分布):
层流流动湍流流动
N-S,