文档介绍：演示文稿对流传热理论与计算边界层理论
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（优选）对流传热理论与计算边界层理论
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上节课
换热微分方程式——对流传热的计算式
能量微分方程式——计算流体的温度场
第三小结
(1)  << L
(2) 边界层内：速度梯度大
(4) 层流边界层、湍流边界层
——湍流边界层紧靠壁面处仍有层流特征，粘性底层（层流底层）
(3) 流场：边界层区(粘性流体)与主流区(理想流体)
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二热边界层－温度边界层
1921年，波尔豪森（）提出
在壁面加热作用下，流体温度将发生变化：
——和壁面直接接触的流体：具有壁面温度Tw
——随着离开壁面距离的增加，流体的温度逐渐得以恢复（为什么？）
Tw
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壁面附近温度变化的机理
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热边界层—将壁面附近温度发生剧烈变化的流体薄层
Thermal boundary layer
Tw
1 热边界层的定义
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热边界层厚度—外缘至壁面间的距离
热边界层外缘—
Tw
引入过余温度比定义热边界层厚度
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2 热边界层的特点
（1）热边界层区和主流区
——热边界层区：温度变化非常剧烈
——主流区：等温流动区域
（2）热边界层厚度也是一个小量
Tw
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（3）热边界层厚度沿流动方向也不断增加
（4）热边界层内的传热机理取决于层内的流动状态
Tw
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——层流：导热占主导地位
——湍流
层流底层：热传导占主导
紊流核心区：热对流占主导
紊流边界层的热阻取决于层流底层的导热热阻
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故：湍流换热比层流换热强！
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流动边界层——壁面摩擦力对流体速度影响的范围，取决于流体的粘性
边界层内速度发生变化，动量也发生变化，边界层厚度反映了流体动量变化的范围
运动粘度反映了流体传递动量能力的大小，因此也称为动量扩散系数
三两类边界层间的关系
1 边界层的物理意义
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热边界层——热量在流体内部的影响范围或扩散程度
——壁面传热对流体温度影响的程度范围
导温系数反映了流体传递热量能力的大小，也称为热量扩散系数
第三十六页，共六十六页。
边界层越厚，说明壁面的传热或摩擦对流体的温度或速度的影响越大
2 两类边界层是相互影响
流动和传热同时存在时，两类边界层存在着密切的联系
——温度边界层通过影响粘度而影响速度边界层
——热边界层内的传热机理取决于流动边界层内的流动状态
第三十七页，共六十六页。
3 Prantl数－Pr数
物理意义—动量扩散能力与热量扩散能力之比
Pr数是一个无量纲的物性参数
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3 Prantl数－Pr数
Pr数与流体种类有关
常用流体：－4000，－
某些油类的Pr数可高达104，液态金属只有10-2
温度对Pr数的影响很大
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利用Pr数定性地判断两类边界层厚度的相对大小
4 流动边界层和热边界层的相对大小
意味着流体的运动粘度较大，
粘性的影响区域越广，速度边界层越厚
说明热量扩散能力大于动量扩散的能力，
热量的影响范围大，热边界层越厚
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热量扩散能力与动量扩散能力相当
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流体沿平板的层流流动，若两类边界层能同时形成于平板的前缘时
有很高的准确性
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四管内流动时的边界层－内部流动的代表
流体纵掠平板的流动－外部流动
管内流动——内部流动，流动空间受到限制
流动边界层和热边界层的形成机理上是完全相同
边界层的发展有差异
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1 流动边界层
壁面无滑移：壁面摩擦力作用+流体的粘性
边界层也将沿轴向逐渐增厚
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受管内空间的限制，边界层不会无限制地增厚
在距管入口处的某个长度达到管半径，边界层充满了整个管道
再沿管内流动，边界层厚度不变
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流动充分发展—边界层充满整个管道后的流动
流动入口段长度—管入口到边界层开始充满整个管道间的长度
——流动入口段长度
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管内层流流动——只能生成层流边界层
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管内紊流流动——先形成层流边界层，然后迅速转换为紊流边界层，直到发展到最后的充分发展状态而保持