[西安交通大学]高等传热学chap50

一、工程背景1.暖气管散热4.冰箱 (冰箱里食物不要装得太满 )2.室外变压器散热3.事故条件下核反应堆散热5.电子器件冷却Chap 5 Natural convection高等传热学 Advanced Heat Transfer高等传热学 Advanced Heat Transfer二、现象及特点1.定义：自然对流是由于流体中各部分密度不均匀而引起的一种流动与换热现象，其流动与换热过程不可分割地联系在一起 驱动力：温度场不均匀 ;重力作用 不均匀的温度场不一定引起自然对流 与强制对流不同，不依靠泵或风机等外力推动2.理解 换热很弱，通常为主要热阻，但经济、安全、平静 物体表面上总换热量常需同时考虑与周围气体间的自然对流以及与周围其它表面间的辐射换热 (50%)高等传热学 Advanced Heat Transfer3.自然对流换热现象的速度与温度分布特点Tw T高等传热学 Advanced Heat Transfer 层流 湍流 判别流态的特征数是 Gr数，类比于 Re数，不是 (GrPr)4.自然对流的两种流动形态5.分类 大空间 (边界层不受干扰 )(infinite space) 有限空间 (空间大小对换热效果有影响 )(natural convection in enclosure)高等传热学 Advanced Heat Transfer6.两种最简单而典型的有限空间自然对流 竖夹层 (双层窗 ) 水平夹层 (太阳能集热器的空气夹层 )高等传热学 Advanced Heat Transfer 特点：夹层厚度对流动开展有重要影响，冷热面温差是引起流动的动力，一般以 为特征长度， (th - tc)为计算 Gr的温差高等传热学 Advanced Heat Transfer 5-1 Governing equations1.边界层方程浮升力 (buoyancy force)是体积力与密度差综合作用结果高等传热学 Advanced Heat Transfer2.Boussinesq假设 除浮升力项外，其余各项中物性为常数，连续方程，动量方程及能量方程都可作为不可压缩的常物性方程处理 密度差仅受温度变化的影响，而不考虑压力影响。 自然对流与强制对流边界层区别：强制对流边界层外流体压力为静压力；自然对流边界层外流体压力为零 高温差自然对流或 很大的自然对流，仍按变物性处理， Boussinesq假设要求高等传热学 Advanced Heat Transfer 5-2 Similarity solutions for laminar boundary layer over a vertical flat plate1.Tw=const如果原偏微分方程存在相似解，则可转化为常微分方程，需要无量纲坐标以及无量纲流函数，但自然对流流速未知，且主流速度为零。但浮升力与惯性力具有相同的量纲高等传热学 Advanced Heat Transfer为使所得到的常微分方程形式更简单，可采用下列无量纲数高等传热学 Advanced Heat Transfer高等传热学 Advanced Heat Transfer换热无量纲化上式解的近似函数表达式：高等传热学 Advanced Heat Transfer高等传热学 Advanced Heat Transfer2. qw=constIntroduce高等传热学 Advan