第五章對流傳熱的理論基礎對流傳熱概說對流換熱問題的數(shù)學描寫邊界層型對流傳熱問題的數(shù)學描寫流體外掠平板傳熱層流分析解及比擬理論對流傳熱概說對流傳熱的提出對流傳熱的定義、性質和目的對流傳熱的特點對流傳熱的影響因素對流傳熱現(xiàn)象的分類對流傳熱的研究方法如何從溫度場計算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)第五章對流傳熱的理論基礎2第四章導熱問題的數(shù)值解法§5-1對流傳熱概述1

對流換熱的定義、性質和目的定義:

對流換熱是指流體流經固體時流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象。3第四章導熱問題的數(shù)值解法性質：對流換熱與熱對流不同，既有熱對流，也有導熱；不是基本傳熱方式目的：計算h2對流傳熱的特點?導熱與熱對流同時存在的復雜熱傳遞過程必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運動；也必須有溫差由于流體的粘性和受壁面摩擦阻力的影響，緊貼壁面處會形成速度梯度很大的邊界層3對流換熱的基本計算式?牛頓冷卻公式:Φ

=

hA(tw

-

t￥

)

[W

]q

=Φ

A=

h(tw

-

t

f

)

[W

m

]24第四章導熱問題的數(shù)值解法3對流傳熱的影響因素其影響因素主要有以下五個方面：

(1)流動起因;流動狀態(tài);流體有無相變;換熱表面的幾何條件;

(5)流體的熱物理性質5第四章導熱問題的數(shù)值解法流體的熱物理性質對對流換熱的影響：l

[W (m

C)]r

[kg m3

]熱導率

密度比熱容c

[J (kg

C)]運動粘度

n

=h

r

[m2

s]動力粘度體脹系數(shù)[1

K]h

[N

s m2

]al

?

h

?r、c

?

h

?(單位體積流體能攜帶更多能量)(有礙流體流動、不利于熱對流)h

?

h

fl(流體內部和流體與壁面間導熱熱阻小)a

?

自然對流換熱增強綜上所述，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是眾多因素的函數(shù)：h

=

f

(v,

tw

,

t

f

,

l,

cp

,

r,

a

,

h,

l,

q)6第四章導熱問題的數(shù)值解法4對流傳熱現(xiàn)象的分類：(1)流動起因自然對流：流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產生的流動是不是有溫度差，就一定能引起自燃對流呢？強制對流：由外力（如：泵、風機、水壓頭）作用所產生的流動h強制>h自然7第四章導熱問題的數(shù)值解法(2)流動狀態(tài)h湍流>h層流層流：整個流場呈一簇互相平行的流線湍流：流體質點做復雜無規(guī)則的運動8第四章導熱問題的數(shù)值解法(3)流體有無相變h相變>h單相單相換熱：內部流動對流換熱：管內或槽內外部流動對流換熱：外掠平板、圓管、管束相變換熱：凝結、沸騰、升華、凝固、融化等(4)換熱表面的幾何因素：9第四章導熱問題的數(shù)值解法對流換熱分類小結10第四章導熱問題的數(shù)值解法5對流傳熱的研究方法研究對流傳熱的方法：分析法:

邊界層微分方程、積分方程、比擬理論實驗法：相似原理和量綱分析；實驗關聯(lián)式比擬法數(shù)值解法導熱問題的數(shù)值解法11第四章126如何從溫度場來計算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h

=Φ

(

A(tw

-

t￥

))

W

(m

C)]2

wwAAhxdAww

w

￥——

當流體與壁面溫度相差1度時、每單位壁面面積上、單位時間內所傳遞的熱量如何確定h及增強或抑制換熱的措施是對流換熱的核心問題下面以流體外掠平板為例給出對流換熱的幾個定義和概念以及如何從溫度場獲得對流換熱系數(shù)。我們所要得到的是：（1）當?shù)責崃髅芏群涂偟膿Q熱量q

=

hx(tw

-

t￥

)F

=qdA

=

(t

-

t

)

1=

(tw

-

t￥

)

Aw

hxdAw

=

hAw

(tw

-

t￥

)

Aw第四章

導熱問題的數(shù)值解法w

A（2）平均對流換熱系數(shù)（3）對流換熱過程的微分方程式[W

(m

C)2

w,

xw

￥

?t

-

t

?yhx

=

-

tlwx

wAh

dAAwh

=

1若勢流只沿單方向進行，則可寫為：013第四章導熱問題的數(shù)值解法xLh

=

1

L

h

dxw,x14第四章導熱問題的數(shù)值解法

?t

-

t

?yhx

=

-

tw

￥l對流換熱過程的微分方程式hx

取決于流體熱導系數(shù)、溫度差和貼壁流體的溫度梯度溫度梯度