文档介绍：传热学 Heat Transfer
第五章对流换热
本章内容划分Φ= hA(tw − t f ) h = ?
•一般知识
(§5-1:分类、影响因素、研究方法等)
•理论基础
(§5-2数学描述、§5-3边界层理论,§5-4比拟理论)
•理论求解
(§5-3边界层的概念,§5-4边界层积分方程组求解)
•实验的理论基础
(§5-5,§5-6相似原理及应用方法)
华北电力大学刘彦丰
传热学 Heat Transfer
•实际对流换热问题的分析和计算:
[§5-3,§5-4外掠平板的对流换热;§5-7内部
流动(管内)强制对流换热; §5-8外部流动
(管外)强制对流换热; §5-9自然对流换热]
华北电力大学刘彦丰
传热学 Heat Transfer
§5-1 对流换热概说
一、对流换热的定义和机理
对流换热:流体流过固体壁面时所发生的热
量传递过程。
机理:既有热对流,也有导热,不是基本的热量传
热方式。
华北电力大学刘彦丰
传热学 Heat Transfer
二、影响对流换热的因素
如:水、空气、油等表现为:
流体种类密度、粘度
如:泵、重力或浮升力。层流
热对流
(流动) 驱动力外部动力;浮升力
对
流形状、大小、相对位
几何因素
换置和表面粗糙状况湍流
热流体相态的变化
导热流体种类导热系数、比热和密度
h = f (v, tw , t f , λ, c p , ρ, α, η, l, r)
华北电力大学刘彦丰
传热学 Heat Transfer
三、对流换热的分类
华北电力大学刘彦丰
传热学 Heat Transfer
四、研究对流换热的方法
分析采用数学分析求解的方法,有指导意义。
解法
实验法通过大量实验获得表面传热系数的计
算公式,是目前的主要途径。
通过研究热量传递与动量传递的共性,
比拟法建立起表面传热系数与阻力系数之间
的相互关系,限制多,范围很小。
数值和导热问题数值思想一样,发展迅速,
解法应用越来越多。
华北电力大学刘彦丰
传热学 Heat Transfer
五、表面传热系数与温度场的关系
当粘性流体在壁面上流动时,由于粘性的作用,
流体的流速在靠近壁面处随离壁面的距离的缩短而
逐渐降低;在贴壁处被滞止,处于无滑移状态(即:
y=0, u=0)
在这极薄的贴
壁流体层中,热量
只能以导热方式传
递。
华北电力大学刘彦丰
传热学 Heat Transfer
根据傅里叶定律: ∂t 2
qx = −λ[]W m
∂y y=0,x
λ−流体的导热系数[W (mo C)]
()∂t ∂y y=0,x —在坐标(x,0)处流体的温度梯度
2
根据牛顿冷却公式:qx = hx (tw-t∞) [W m ]
2 o
hx —壁面x处局部表面传热系数[W(m ⋅ C)]
由以上得:对流换热微分方程式
λ∂t
h = −它揭示了对流换热问题的
x 本质
tw − t∞∂y y=0,x
华北电力大学刘彦丰
传热学 Heat Transfer
§§55--22 对流换热问题的数学描述对流换热问题的数学描述
一、描述对流换热的方程组特别是壁面附
近的温度分布
λ∂t
hx = −温度场
tw − t∞∂y y=0,x
温度场受到流场的影响
连续性方程质量守恒定律
流场
动量方程动量守恒定律
温度场能量方程能量守恒定律
对流换热微分方程式
华北电力大学刘彦丰
传热学 Heat Transfer
二、二维、常物性、不可压流体对流换热问
题的数学描述
∂u ∂v
+ =0
∂x ∂y
∂u ∂u ∂u ∂p ∂ 2u ∂ 2u
ρ( + u + v ) = F −+ η( + )
∂τ∂x ∂y x ∂x ∂x 2 ∂y 2
∂v ∂v ∂v ∂p ∂ 2 v ∂ 2 v
ρ( + u + v ) = F −+ η( + )
∂τ∂x ∂y y ∂y ∂x 2 ∂y 2
∂t ∂t ∂t ∂ 2 t ∂ 2 t
ρ c + u + v = λ+
p 2 2
∂τ∂x ∂y ∂x ∂y
λ∂t
h = − 5个方程,5个未知量—
x t − t ∂y
w ∞ y=0,x 理论上可解
华北电力大学刘彦丰