對流傳熱復(fù)習(xí)資料(第五組)

1、第5章 對流傳熱的理論基礎(chǔ)5.1 對流傳熱概說5.2 對流傳熱問題的數(shù)學(xué)描寫5.3 邊界層型對流傳熱問題的數(shù)學(xué)描寫5.4 流體外掠平板傳熱傳熱層流分析解及比擬理論5.1 對流傳熱概說流體流動的起因流體有無相變流體的流動狀態(tài)換熱表面的幾何因素流體的物理性質(zhì)綜上可得：5.1.1 對流傳熱的影響因素5.1.2 對流傳熱現(xiàn)象的分類（P200 ）5.1.3 對流傳熱的研究方法（P199-201）（1） 分析法（2） 實驗法（3） 比擬法（4） 數(shù)值法5.1.4 如何從解得的溫度場來計算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（P201）貼壁處得無滑移邊界條件（P201見書中定義）在此條件下，將傅里葉定律應(yīng)用于貼壁流體層，可得：將牛

2、頓冷卻公式與上式聯(lián)立，可得：5.2 對流傳熱問題的數(shù)學(xué)描寫 對流傳熱問題完整的數(shù)學(xué)描寫包括對流傳熱微分方程組及定解條件，微分方程組包括質(zhì)量守恒、動量守恒及能量守恒這三大守恒定律的數(shù)學(xué)表達式5.2.1 運動流體能量方程的推導(dǎo)假設(shè)：（1）流動是二維的；（2）流體為不可壓縮的牛頓型流體；（3）流體物性為常數(shù)、無內(nèi)熱源；（4）粘性耗散產(chǎn)生的耗散熱可以忽略不計。推導(dǎo)過程：（詳見書P203-204）得二維、常物性、無內(nèi)熱源的能量微分方程：幾點討論（見書P205 ）5.2.2對流傳熱問題完整的數(shù)學(xué)描寫 對于不可壓縮、常物性、無內(nèi)熱源的二維問題，其微分方程組為：質(zhì)量守恒方程動量守恒方程能量守恒方程連續(xù)性方程

3、其定解條件的數(shù)學(xué)表達式比較復(fù)雜，不作詳述，在外掠其定解條件的數(shù)學(xué)表達式比較復(fù)雜，不作詳述，在外掠平板的邊界層流動中將給出舉例平板的邊界層流動中將給出舉例5.3 邊界層型對流傳熱問題的數(shù)學(xué)描寫5.3.1 流動邊界層及邊界層動量方程1， 流動邊界層及其厚度的定義（1）流動邊界層：由于流體粘性的作用，使得在固體壁面附近存在速度發(fā)生劇烈變化的薄層，又稱速度邊界層。（2）厚度：通常規(guī)定達到主流速度的99%處得距離y為流動邊界層的厚度，記為2，流動邊界層內(nèi)的流態(tài)（P208）3, 流動邊界層內(nèi)的動量方程 運用數(shù)量級分析的方法，層流邊界層內(nèi)粘性流體的穩(wěn)態(tài)動量方程可簡化為：稍后再講解數(shù)量級分析方法5.3.2 熱

4、邊界層及熱邊界層能量方程1. 熱邊界層及厚度的定義熱邊界層：固體表面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的這一薄層，又稱為溫度邊界層厚度：記為 ，對于外掠平板的對流傳熱，一般以過余溫度為來流溫度的99%處定義為 的外邊界2. 數(shù)量級分析方法（1）基本思想：所謂數(shù)量級分析，是指通過比較方程式中各項數(shù)量級的相對大小，把數(shù)量級較大的項保留下來，而舍去數(shù)量級較小項，實現(xiàn)方程式的合理簡化。（2）實施方法 （詳見書P210）5.3.3 二維、穩(wěn)態(tài)邊界層型對流傳熱問題的數(shù)學(xué)描寫 這里所謂的邊界層類型問題是指在主流方向上的二階導(dǎo)數(shù)可以忽略的問題 對于二維、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源的邊界層類型問題。流場與溫度場的控制方程式為質(zhì)量守恒

5、方程動量守恒方程能量守恒方程5.4 流體外掠平板傳熱層流分析解及比擬理論5.4.1 流體外掠等溫平板傳熱的層流分析解 假設(shè)平板表面溫度為常數(shù)，在邊界層動量方程式中引入可得出以下結(jié)果離開前緣x處得邊界層厚度范寧局部摩擦系數(shù)流動邊界層與熱邊界層厚度之比局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/5.4.2 特征數(shù)方程 若想得到整個平板的對流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可直接將上式從0到l 做積分，可得 此式在Re500000的外掠等溫平板的流動，整個平板的平均的外掠等溫平板的流動，整個平板的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h應(yīng)按下式計算應(yīng)按下式計算積分后可得第六章 單相對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式本章要點：本章要點：1.相似原理與量綱分析的基本

6、方法相似原理與量綱分析的基本方法2.強制對流傳熱的基本原理和計算強制對流傳熱的基本原理和計算3.自然對流傳熱的基本原理和計算自然對流傳熱的基本原理和計算本章重點：對流傳熱的有關(guān)實驗關(guān)聯(lián)式的分析求解本章重點：對流傳熱的有關(guān)實驗關(guān)聯(lián)式的分析求解主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1.相似原理與量綱分析相似原理與量綱分析2.相似原理的應(yīng)用相似原理的應(yīng)用3.內(nèi)部強制對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式內(nèi)部強制對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式4.外部強制對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式外部強制對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式5.大空間與有限空間內(nèi)自然對流傳熱大空間與有限空間內(nèi)自然對流傳熱6.射流沖擊傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式射流沖擊傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式總體架構(gòu) 1.相似原理與量綱分析

7、的基本方法基本原理 2.強制對流傳熱與自然對流傳熱的基本原理 管內(nèi)湍流強制對流 管內(nèi)層流強制對流基本公式 外部強制對流 自然對流 相似原理與量綱分析的基本方法常見相似準則數(shù)的物理意義內(nèi)部強制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式1.兩種不同的流態(tài)： 層流: 過渡區(qū)： 旺盛湍流：2.入口段與充分發(fā)展段： 入口段的熱邊界層較薄，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比充分發(fā)展段的高，且沿著主流方向逐漸降低。 層流入口段的長度：3.兩種典型的熱邊界條件均勻熱流和均勻壁溫 熱邊界條件：當(dāng)流體在管內(nèi)被加熱或被冷卻時，加熱或冷卻壁面的熱狀況。 均勻熱流：軸向與周向熱流密度均勻。 均勻壁溫：軸向與周向壁溫均勻。 湍流時：除液態(tài)金屬外，兩種熱邊界條件

8、對表面 傳熱系數(shù)的影響可以不計。 層流時：這兩種邊界條件下的差別是不容忽視的4.流體平均溫度以及流體與壁面的平均溫差定性溫度：截面上流體的平均溫度（或進、出口截面平均溫度）：利用熱平衡式確定平均的對流傳熱溫差：其中 為：管內(nèi)湍流強制對流傳熱關(guān)聯(lián)式常規(guī)流體的關(guān)聯(lián)式：常規(guī)流體的關(guān)聯(lián)式：定性溫度：流體平均溫度；特征長度：管內(nèi)徑。加熱流體時：n= 0.4； 冷卻流體：n= 0.3。適用條件： a、適用于流體與壁面溫度具有中等溫差的場合； b、實驗驗證范圍： c、僅能用于旺盛湍流的范圍； d、只適用于水力光滑區(qū)。變物性影響的修正對氣體，被加熱時： 被冷卻時：對液體被加熱時：被冷卻時：非圓形截面的槽道時：

9、非圓形截面的槽道時：當(dāng)量直徑：關(guān)聯(lián)式：對液體：對氣體：其中：實驗驗證范圍：液態(tài)金屬：液態(tài)金屬：均勻熱流邊界條件：實驗驗證范圍：均勻壁溫邊界條件：試驗驗證范圍：管內(nèi)層流強制對流傳熱關(guān)聯(lián)式實驗關(guān)聯(lián)式：定性溫度為流體的平均溫度，特征長度為管徑。實驗驗證范圍：一些具有代表性的結(jié)果：（P250-251）表6-2、表6-3，表6-4外部強制對流傳熱關(guān)聯(lián)式圓管表面平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的關(guān)聯(lián)式：定性溫度： 特征長度：管外徑；Re數(shù)的特征速度為來流速度 。實驗驗證范圍：C與n的值：在整個試驗范圍內(nèi)都適用的準則式：定性溫度：適用于 的情形。氣體橫略非圓形截面柱體的實驗關(guān)聯(lián)式 其中C與n的值： 定性溫度： 特征長度：L

10、流體橫掠管束關(guān)聯(lián)式：表6-7，流體橫掠順排管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算關(guān)系式（16排）表6-8流體橫掠叉排管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算 關(guān)系式（16排）表6-9 茹卡烏斯卡斯公式的管排修正系數(shù)自然對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式體脹系數(shù)：格拉曉夫數(shù)：大空間自然對流實驗關(guān)聯(lián)式：大空間自然對流實驗關(guān)聯(lián)式：定性溫度：當(dāng)為理想氣體時， 數(shù)中的體脹系數(shù)：式中的常數(shù)C和n豎圓壁用上表豎壁的關(guān)聯(lián)式只限于：均勻熱流邊界條件：其中：常數(shù)B和m：有限空間自然對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式：當(dāng) 數(shù)極小時，夾層的熱量傳遞依靠導(dǎo)熱：對于豎夾層：對于水平夾層（底面為熱面）：空氣在夾層中自然對流傳熱時：豎夾層： 實驗范圍：水平夾層：第七章 相變對流傳熱

11、凝結(jié)傳熱的模式凝結(jié)形式珠狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)Q（a角）越小液體潤濕能力超強凝結(jié)液構(gòu)成了蒸氣與壁面的主要熱阻特性：面積越大、越厚，熱阻越大減小熱阻：珠狀凝結(jié)優(yōu)于膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)是工程設(shè)計的依據(jù)實際中大多數(shù)為膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)分析解及計算式其中有8個假設(shè) P304豎壁及傾斜平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hv局部表面熱系數(shù)hx水平圓管及球表面的凝結(jié)傳熱表面系數(shù)水平管hH、球hS 的表達式湍流膜狀凝結(jié)Re、當(dāng)Re1600時,整個壁面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h為：Nu膜狀凝結(jié)的影響因素及其傳熱強化影響因素不凝結(jié)氣體管子排數(shù)管內(nèi)排數(shù)蒸氣流速蒸氣過熱度液膜過冷度及濕度分布非線性7.3.2膜狀凝結(jié)的強化原則和技術(shù)基本手段1、減薄液膜厚度2、及時排液原則：盡量減薄液膜層的厚度7.4沸騰傳熱的模式液體汽化蒸發(fā)沸騰大容器沸騰管內(nèi)沸騰大容器飽和沸騰的三個區(qū)域：孤立汽泡區(qū)氣柱汽塊區(qū)膜態(tài)沸騰區(qū)7.4.3汽泡動力學(xué)在平衡條件下表達式：T半徑為R的汽泡所需的過熱度7.5大容器沸騰傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式1、無量綱關(guān)聯(lián)式：對于制冷介質(zhì)而言有庫珀公式較為廣用2、大容器飽和沸騰臨界負荷計算式q(max)3、大容器