内科大冶金传输原理课件12对流换热

传输原理热量传输

12.对流换热ZHZWtransfers12.对流换热流体各部分之间发生相对位移而引起的热量传输现象。特点：对流与流动有关流体内部纯对流：对流对流换热：流体流过与其温度不同的固体壁面时所发生的热量传输现象－－牛顿冷却公式对流换热系数，ZHZWtransfers12.对流换热12.1

对流换热的一般分析

以流体流过平板的换热为例热边界层及其与对流换热的关系实际工程问题：靠近固体壁面的一薄层流体速度变化较大，而其余部分速度梯度很小远离固体壁面，视为理想流体－－欧拉方程、伯努利方程靠近固体壁面的一薄层流体，进行控制方程的简化1904年普朗特首先提出了流动边界层流体温度仅在热边界层内有显著变化，在热边界层外可视为温度梯度为0的等温流动区，人为规定其边缘在：ZHZWtransfers12.对流换热12.1

对流换热的一般分析

热边界层及其与对流换热的关系层流，垂直于壁面方向的热量传递依靠流体内部导热湍流，壁面法向上热量的传递，在层流底层依靠导热的作用，而在湍流核心区，除导热外，依靠流体质点的脉动等引起的剧烈混合。热阻最大的区域是层流底层。热边界层厚度与流动边界层厚度不一定相等，二者之比决定于流体的性质，热边界层的状况受流动边界层的影响很大。ZHZWtransfers12.对流换热12.1

对流换热的一般分析

影响对流换热的因素流体流动产生的原因：强制对流与自然对流流速：雷诺数，层流或湍流，边界层厚度流体的物理性质：导热系数、比热容、密度、粘度流体的相变：沸腾、凝结，换热规律发生了变化换热面的几何因素：几何尺寸、形状、与流体的相对位置壁面温度、流体温度、热流传递方向等导热与对流共同作用ZHZWtransfers12.对流换热12.1

对流换热的一般分析

影响对流换热的因素理论分析法相似理论指导下的实验方法边界层微分方程分析法边界层积分方程分析法热量与动量传递的类比方法ZHZWtransfers12.对流换热12.2

对流换热过程的数学描述

对流换热微分方程对于平板对于流体：对流换热微分方程能量微分方程ZHZWtransfers12.对流换热12.2

对流换热过程的数学描述

能量微分方程描述流体温度分布的方程式能量守恒定律假设流体常物性、无内热源、摩擦热损失不计ZHZWtransfers12.对流换热12.2

对流换热过程的数学描述

能量微分方程x方向内从左侧面对流传入微元体的流体体积x方向内从左侧面对流传入微元体的热量x方向内从右侧面对流传出微元体的热量x方向内对流传入微元体的净热量ZHZWtransfers12.对流换热12.2

对流换热过程的数学描述

能量微分方程ZHZWtransfers12.对流换热12.2

对流换热过程的数学描述

能量微分方程ZHZWtransfers12.对流换热12.2

对流换热过程的数学描述

能量微分方程连续性方程

N－S方程能量微分方程对流换热微分方程不可压缩非等温层流流体流动解析解数值解ZHZWtransfers12.对流换热12.3动量与热量传输的类比法动量与热量的类似性湍流动量传输通量（粘性应力）：粘性（分子）动量传输（扩散）系数，或运动粘度，是物性参数

:湍流动量传输系数，或湍流运动粘度。不是物性参数，除了和物性有关而外，还与状态、湍流强度有关。湍流热通量a:热量传输系数，热扩散系数，

:湍流热扩散系数，同样它也不是物性参数。ZHZWtransfers12.对流换热12.3动量与热量传输的类比法雷诺类似律

1874年雷诺首先利用二者的类似性导出了摩阻系数与对流传热系数的关系式。雷诺在推导中假定，湍流时整个流场是由高度的湍流脉动区组成即不存在层流底层和过渡层，则分子的微观传输远小于湍流脉动的传输作用即假定，即，则沿平板流动ZHZWtransfers12.对流换热12.3动量与热量传输的类比法雷诺类比律沿平板流动无形体阻力时，管内的摩擦阻力为：沿程摩擦阻力系数

ZHZWtransfers12.对流换热12.3动量与热量传输的类比法管内紊流科尔本类似律

应用雷诺类似律只能用于Pr=1的流体，其使用范围很窄。科尔本经过大量的实验提出：在没有形体阻力的情况下，用Pr去修正雷诺类似律，即：

或：当Pr=1时，就转化为雷诺类似律。ZHZWtransfers12.对流换热12.3动量与热量传输的类比法注意事项定性温度管内对流传热用流体的平均温度作为定性温度平板或其他几何形状的固体壁面一律用膜温度作为定性温度.

有关Cf

的限制条件类似律必须遵守.

ZHZWtransfers12.对流换热12.3动量与热量传输的类比法ZHZWtransfers12.对流换热12.4

相似理论指导下的实验方法对流换热的相似准数方程分析法量纲分析法运动相似热相似均时性数弗劳德数欧拉数雷诺数对流换热微分方程能量微分方程ZHZWtransfers12.对流换热12.4

相似理论指导下的实验方法对流换热的相似准数运动相似热相似对流换热微分方程能量微分方程ZHZWtransfers12.对流换热12.4

相似理论指导下的实验方法对流换热的相似准数对流换热微分方程能量微分方程动量微分方程考虑温度引起的浮升力的作用ZHZWtransfers12.对流换热12.4

相似理论指导下的实验方法对流换热的相似准数努塞尔数：标志着对流换热的强弱贝克莱数：流体整体运动传递热量的能力与流体分子微观运动导热能力的相对大小普朗特数：表征流体中分子动量扩散与热扩散能力的相对大小，流体物性对换热的作用格拉晓夫数：表征浮