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第十章自然对流详解演示文稿第一页，共二十页。优选第十章自然对流第二页，共二十页。自然对流要点新术语Volumetricthermalexpansioncoefficient体积膨胀系数Grashofnumber格拉晓夫数Rayleighnumber瑞利数浮力是自然对流的驱动力Buoyancy重点：大空间垂直平壁上的层流自然对流Nu关联式自然对流的边界层第三页，共二十页。浮力流体密度差体积力：重力，科里奥利力

温差密度差浮升力自然对流自然对流换热第四页，共二十页。自由发展边界层热管道，热导线等第五页，共二十页。大空间竖直平壁上的自然对流换热u(x,y)ygxvu第六页，共二十页。第七页，共二十页。层流，湍流?层流：热阻主要取决于边界层厚度，hx逐渐减小湍流：局部对流换热系数hx为常数第八页，共二十页。自然对流换热的方程组X-动量方程.已知,,因此浮力第九页，共二十页。定义

α,体胀系数.密度差是由于温差带来的，定义第十页，共二十页。动量方程可写为连续性方程与能量方程不变：速度场与温度场强烈耦合，必须同时求解第十一页，共二十页。无量纲化第十二页，共二十页。定义Gr数,动量方程→自然对流里的Gr数类比于强迫对流里的Re数Gr数的物理意义：浮力与粘性力的比值Gr数越大，自然对流越强烈flow强迫对流自然对流第十三页，共二十页。瑞利数Ra：第十四页，共二十页。自然对流换热可分成大空间和有限空间两类。大空间自然对流：流体的冷却和加热过程互不影响，边界层不受干扰。如图两个热竖壁。底部封闭，只要底部开口时，只要壁面换热就可按大空间自然对流处理。（大空间的相对性）第十五页，共二十页。u(x,y)ygxvu竖直平壁上的自然对流换热，常壁温y:u=0,t=ty0:u=0,t=tw竖直圆柱：第十六页，共二十页。

对常热流情况，q=constant,如何计算Nu?采用平壁中心的温度tl/2作为Gr数和牛顿冷却公式中的特征温度，针对常壁温条件的经验关联式，如Eq.(10-77)，也可用于常热流的边界条件

或，利用针对常热流的经验关联式：(10-79)to(10-87)第十七页，共二十页。自然对流与强制对流并存的混合对流在对流换热中有时需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一般认为，时，自然对流的影响不能忽略，

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。第十八页，共二十页。

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