交大传热学课件-第5章1

第五章 对流传热的理论基础
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§5-1 对流传热概述
0 对流换热的提出 请大家看一段录像
第五章 对流传热的理论基础
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§5-1 对流传热概述
1 对流换热的定义、性质和目的
定 。义: ？
性质：对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热； 严格来讲，不是基本传热方式
目的：计算h、获得温度场和传热量及影响因素和规律
(1) 流动起因
自然对流：流体因各部分 温度不同而引起的密度差 异所产生的流动 是不是有温度差，就一定 能引起自然对流呢？
强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产
生的流动
h强制 > h自然
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(2) 流动状态
层流：整个流场呈一簇互相平行的流线 湍流：流体质点做复杂无规则的运动
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2 对流传热的特点?
(1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 (3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形 成速度梯度很大的边界层
3 对流换热的基本计算式?
牛顿冷却公式:
Φ = hA(tw − t∞ ) [W]
速度场和温度场由对流换热微分方程组确定：
质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程
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6 如何从温度场来计算表面传热系数
当地热流密度和总的换热量
=q hx (tw − t∞ )
∫ ∫ Φ= Aw qdA=w (tw − t∞ ) Aw hxdAw
1

∫ = (tw − t∞ ) Aw Aw Aw
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6 如何从温度场来计算表面传热系数
对流换热过程的微分方程式
hx
=
− λ(t)
tw − t∞
∂t

∂y
w,x
hx 取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况（层流或紊流）、 流速的大小及其分布、表面粗糙度等
hx dAw

= hAw (tw − t∞ )
1
∫ 平均对流换热系数
h= Aw
Aw hx dAw
若势流只沿单方向进行，则可写为：
∫ h = 1 L
L
0 hxdx
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下节课由助教给大家 上习题课！
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h湍流 > h层流
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(3) 流体有无相变
单相换热：
h相变 > h单相
相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等
(4) 换热表面的几何因素：
内部流动对流换热：管内或槽内
外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束
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流体的热物理性质对对流传热的影响：
热导率 λ [W (m⋅ C)]
q =Φ A
[ ] = h(tw − t f ) W m2
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3 对流传热的影响因素 其影响因素主要有以下五个方面： (1)流动起因; (2)流动状态; (3)流体有无相变; (4)换热表面的几何条件; (5)流体的热物理性质
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4 对流传热现象的分类：
w, x
综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：
h = f (v, tw, t f , λ, c p , ρ,α,η, l,Ω)
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对流换热分类小结
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5 对流传热的研究方法
研究对流传热的方法：
(1) 理论分析: 边界层微分方程、积分方程、比拟理论 (2) 实验：相似原理和量纲分析；实验关联式 (3) 数值计算
比热容 c [J (kg⋅ C)] 运动粘度 ν = η ρ [m2 s]
密度 ρ [kg m3]
动力粘度 η [N ⋅ s m2 ]
体胀系数 α [1 K]
λ ↑⇒ h ↑ ？ ρ、？ c ↑⇒ h ↑ η ↑⇒ h ↓ ？
α ↑⇒ ？
对流换热过程的微分方程式：
hx
=
−
tw
λ
− t∞

∂t ∂y
第五章 对流传热的理论基础
5-1 对流传热概说 5-2 对流换热问题的数学描写 5-3 边界层型对流传热问题的数学描写 5-4 流体外掠平板传热层流分析解及比 拟理论
第五章 对流传热的理论基础
5-1 对流传热概说
0 对流传热的提出 1 对流传热的定义、性质和目的 2 对流传热的特点 3 对流传热的影响因素 4 对流传热现象的分类 5 对流传热的研究方法 6 如何从温度场计算表面传热系数