工程热力学与传热学：10-1 对流换热概述

1、工程热力学与传热学,传热学 第十章 对流换热,第十章 对流换热,内容要求 掌握对流换热问题的机理和影响因素； 了解对流换热的数学描述； 边界层理论概述与对流换热微分方程组的简化； 外掠等壁温平板层流换热分析解简介； 掌握对流换热的实验研究方法，相似原理； 各种典型对流换热的基本特点和计算方法 （管内强制对流换热，外掠壁温强制对流换热， 自然对流换热等,10-1 对流换热概述,10-1-1 基本概念和计算公式,2. 对流换热（Convection heat transfer）: 流体流过另一个物体表面时， 对流和导热联合起作用的 热量传递现象,1. 对流（Convection）： 是指流体各部分

2、之间发生相对位移时，冷热 流体相互掺混所引起的热量传递现象,平壁表面的 传热机理,3 牛顿冷却公式 （Newtons law of cooling,式中,h 固体表面的平均表面换热系数 。W/m2.K （the convection heat transfer coefficient,tw 固体表面的平均温度,tf 流体温度,外部绕流（外掠平板，圆管）： tf 为流体的主流温度,内部流动（各种形状槽道内的流动）： tf 为流体的平均温度,tf,4 局部表面传热系数与平均表面传热系数,局部对流换热，局部热流密度,整个换热物体表面的总对流换热量,平均表面传热系数,tw-tf=Const,对流换热的

3、核心问题,10-1-2 对流换热的影响因素,1. 流动的起因 强迫对流，自然对流,强迫对流换热 (Flow generated by external means (pump, fan,Hot piston cylinders in automobile engine are cooled by water forced around them,Hot room air is forced outside, while cooler air replaces it,自然对流换热 (Flow induced by buoyancy forces arise from density differ

4、ences generated by temp. variations,室内暖气片周围气体的 自然对流,Air above warmer ground rises,对比强迫对流换热,2. 流动的状态 层流流动，湍流流动,层流 (Laminar flow,流速缓慢； 沿轴线或平行于壁面作规则分层运动； 热量传递：主要靠导热（垂直于流动方向,湍流 (Turbulent flow,流体内部存在强烈脉动和旋涡运动； 各部分流体之间迅速混合； 热量传递：主要靠对流,导热,对流,3. 流体有无相变,有相变 沸腾换热，凝结换热,fluid motion induced by vapour bubbles g

5、enerated at the bottom of a pan of boiling water,Condensation of water vapour on the outer surface of a cold water pipe,4. 流体的热物理性质,对对流换热的强弱有非常大的影响,密度和比热容,体积热容 ：单位体积流体热容量的大小,导热系数,影响流体内部的热量传递过程和温度分布； 越大，导热热阻越小，对流换热越强烈,冷却能力强,换热能力强,粘度,影响速度分布与流态（层流，湍流）； 越大，分子间约束越强，相同流速不易 发展成湍流状态。 高粘度流体（油类）多处于层流状态，h较小,对自然对流换热有很大影响； 影响重力场中因密度差而产生的浮升力大小,体积膨胀系数,定性温度,5. 换热表面的几何因素,换热表面的几何形状，尺寸，相对位置， 表面粗糙度等,对对流换热有显著影响； 影响流态，速度分布，温度分布,特征长度,综上所述,影响对流换热的因素,对强迫对流换热,对自然对流换热,浮升力项包含的因子,10-1-3 对流换热问题的主要研究方法,分析法： 求解对流换热的微分方程，积分方程及单值性 条件，得出精确解