§6-4-自然对流换热解析

HeatTransfer

传热学

建筑环境与设备工程专业主干课程之一

!§6

单相对流换热

建筑环境与设备工程专业主干课程之一

!Chapter6TheHeatTransferofSingle-phaseConvectionHeatTransfer§6-4

自然对流换热1、自然对流产生的缘由自然对流：不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不匀整所引起的流淌。一般地，不匀整温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内。例如：暖气管道的散热、不用风扇强制冷却的电器元件的散热0前言HeatTransfer2、自然对流换热的分类自然对流换热问题常常按流体所处空间的特点分成两大类：假如流体处于相对很大的空间，边界层的发展不受限制和干扰，称为无限空间的自然对流换热；若流体空间相对狭小，边界层无法自由绽开，则称为有限空间的自然对流换热。§6-4

自然对流换热HeatTransfer1、流淌边界层的形成与发展设板温高于流体的温度。板旁边的流体被加热因而密度降低(与远处未受影响的流体相比)，向上运动并在板表面形成一个很薄的边界层。假如竖板足够高，到确定位置也会从层流发展成为湍流边界层。自然对流湍流时的换热当然也明显强于层流。一、无限空间自然对流换热HeatTransfer自然对流边界层中的速度分布与强迫流淌时有原则的区分。壁面上粘滞力造成的无滑移条件照旧存在。同时自然对流的主流是静止的，因此在边界层的某个位置，必定存在—个速度的局部极值。就是说，自然对流边界层内速度剖面呈单峰形态。温度分布曲线与强迫流淌时相像，呈单调变更。HeatTransfer具有以下流态：层流：GrPr

<107；过渡区：GrPr

=107-1010

；旺盛紊流：GrPr

>1010

；

（GrPr）c

一般取109。HeatTransfer2、换热特征在层流边界层随着厚度的增加，局部换热系数将渐渐降低，当边界层内层流向紊流转变队局部换热系数hx趋于增大。探讨表明，在常壁温或常热流边界条件下当达到旺盛紊流时，hx将保持不久而与壁的高度无关。HeatTransfer自然对流亦有层流和湍流之分。层流时，换热热阻主要取决于薄层的厚度。旺盛湍流时，局部表面传热系数几乎是常量。HeatTransfer

从对流换热微分方程组动身，可得到自然对流换热的准则方程式：3、自然对流换热的准则方程式式中：格拉晓夫数是浮升力/粘滞力比值的一种量度。其值的增大表明浮升力作用的相对增大。瑞利数：留意各字母的含义及其取值，见教材！6-16HeatTransfer

在常热流边界条件下：3、自然对流换热的准则方程式6-17注：竖圆柱按下表与竖壁用同一个关联式只限于以下状况：HeatTransferHeatTransferHeatTransfer*自模化现象：对于自然对流紊流，绽开关联式后，两边的定型尺寸可以消去，这表明自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关。HeatTransfer二、有限空间自然对流换热这里仅探讨如图所示的竖的和水平的两种封闭夹层的自然对流换热，而且仅局限于气体夹层。

封闭夹层示意图HeatTransfer夹层内流体的流淌，主要取决于以夹层厚度为特征长度的数：当极低时换热依靠纯导热：对于竖直夹层，当对于水平夹层，当

留意：与教材数据的不同！这里的数据仅供参考！HeatTransfer另：随着的提高，会依次出现向层流特征过渡的流淌（环流）、层流特征的流淌、湍流特征的流淌。对竖夹层，纵横比对换热有确定影响。HeatTransferHeatTransferHeatTransfer①对于竖空气夹层，举荐以下试验关联式：补充：HeatTransfer②对于水平空气夹层，举荐以下关联式：式中：定性温度均为数中的特征长度均为。HeatTransfer事实上，除了自然对流外，夹层中还有辐射换热，此时通过夹层的换热量应是两者之和。对竖空气夹层，的实验验证范围：HeatTransfer三、自然对流与强制对流并存的混合对流在对流换热中有时须要既考虑强制对流亦考虑自然对流考察浮升力与惯性力的比值:时，自然对流的影响不能忽视；一般认为，HeatTransfer而时，强制对流的影响相对于自然对流可以忽略不计。

自然对流对总换热量的影响低于10％的作为纯强制对流；

强制对流对总换热量的影响低于10％的作为纯自然对流；这两部分都不包括的中区域为混合对流。HeatTransfer本节小结：一