流体力学与传热课件Heating and Cooling of Fluid in Forced Convection outside Tubes
流体力学与传热学-1
2、连续介质假设（1753年欧拉）
假定流体是由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连续不断的流体质点所构 成的一种绝无间隙的连续介质。 流体状态的宏观物理量如速度、压强、密度、温度等都可以作为空间和 时间的连续函数
§1.4 流体的主要物理性质
1、流体的密度与重度
密度： 单位体积内流体的质量
lim
流体之间或流体与固体之间的相互作用力；
流动过程中动量、能量和质量的传输规律等。
2、流体力学的发展简况 1、经验阶段（十七世纪前）
大禹治水 4000多年前的大禹治水 古代已有大规模的治河工程。 (公元前256～210年) 秦代，修建了都江堰、郑国渠、灵渠三大水利工程对明槽水流和堰 流流动规律的认识已经达到相当水平。 (公元前156～前87） 西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠 创造性地采用了井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防 止了黄土的塌方。 真州船闸（960-1126） 北宋时期，在运河上修建的真州船闸与十四世纪末荷兰的同类船相 比,约早三百多年。
两层气体之间的黏性力主要由分子动量交换形成
一般仅随温度变化，液体温度升高黏度减小，气体温度升高黏度增大。
8) 黏性流体和理想流体
黏性流体 实际中的流体都具有粘性，因为都是由分子组成，都存在分子间的 引力和分子的热运动，故都具有黏性。 理想流体（假想没有黏性的流体） 一些情况下基本上符合粘性不大的实际流体的运动规律，可用来描 述实际流体的运动规律，如空气绕流圆柱体时，边界层以外的势流就可 以用理想流体的理论进行描述。 还由于一些黏性流体力学的问题往往是根据理想流体力学的理论进 行分析和研究的。 再者，在有些问题中流体的黏性显示不出来，如均匀流动、流体静 止状态，这时实际流体可以看成理想流体。
欧洲最新流体力学课件第四章
In vector form, the acceleration can be written as
dV V a x, y , z , t V . V dt t
First term is on and is nonzero only for unsteady flows. Second term is called the advective (or convective) acceleration and accounts for the effect of the fluid particle moving to a new location in the flow, where the velocity is different (it can thus be nonzero even for steady flows).
Meccanica dei Fluidi I
11
Chapter 4: Fluid Kinematics
Streamlines and streamtubes
A streamtube consists of a bundle of individual streamlines. Since fluid cannot cross a streamline (by definition), fluid within a streamtube must remain there. Streamtubes are, obviously, instantaneous quantities and they may change significantly with time. In the converging portion of an incompressible flow field, the diameter of the streamtube must decrease as the velocity increases, so as to conserve mass.
对流传热基础及微分方程组课件
对流传热类型
自然对流
由于流体内部密度变化而引起的对流 。
强制对流
混合对流
自然对流和强制对流同时存在的对流 。
由于外部机械力作用而引起的对流。
对流传热机理
热传导
流体内部质点之间的热量传递。
热对流
流体与固体壁面之间的热量传递。
热辐射
通过电磁波传递热量。
对流传热系数
• 对流传热系数是描述对流传热速率的重要参数，其值取决于流 体的物理性质、流动状态、温度差以及传热面的几何形状和大 小。
对流传热基础及微分方程组课件
• 对流传热基础 • 微分方程组 • 对流传热微分方程组 • 数值解法 • 案例分析
01
对流传热基础
对流传热定义
01
对流传热是指流体内部质点发生 相对位移时，流体的热量传递过 程。
02
在对流传热过程中，热量不仅在 流体的不同温度层次之间传递， 还在流体与固体壁面之间传递。
微分方程应用
微分方程在物理学、工程学、经济学等领域有广泛的 应用。
在物理学中，微分方程被用来描述各种物理现象的变 化规律，如力学、电磁学、热学等。在工程学中，微 分方程被用来描述各种工程系统的动态行为，如控制 系统、机械系统、电路系统等。在经济学中，微分方 程被用来描述经济系统的变化规律，如供需关系、市 场均衡等。此外，微分方程还在生物学、化学等领域 有广泛的应用。
05
案例分析
自然对流案例
自然对流是由温度差异引起的 流体流动现象，例如热空气上 升和冷空气下沉。
自然对流在气候模拟、建筑通 风和工业热过程等领域有广泛 应用。
自然对流案例通常需要考虑重 力、浮力、热传导和粘性阻力 等因素。
强制对流案例
流体力学(英文)ppt课件
2020/4/9
3
Teaching Contents (2)
Part B (Total hours: 8) Fundamental
B1 Stream functions and potential functions, frictionless irrotational flow (4 hours )
(1 hour) (Required) E5 Demonstrating experiment about flow around airfoil
and cylinder (1 hour) (Required) E6 Demonstrating experiment about vortex formation
2020/4/9
5
Experimental Projects (1)
In-class (Required) (Total hours: 6)
E1 Hydrostatics (1 hour) E2 Velocity measurement with Pitot tube (1 hour) E3 Flow measurement with Venturi tube (1 hooulli equation (1 hour) E5 Reynolds experiment (1 hour) E6 Measurement of friction loss coefficient for circular pipe
B2 Boundary layer theory and flow past body (4 hours)
Part C (Total hours: 4) Extended contents
C1 Resaerch progress in Fluid Mechancis (1 hour) C2 Modern flow measurement technologies (1 hour) C3 Introduction to numerical simulation of turbulence flow
流体力学与传热学
流体力学与传热学流体力学和传热学是物理学和工程学中的重要分支，它们在许多领域中都有着广泛的应用。
本文将对流体力学和传热学进行简单的介绍和探讨。
流体力学是研究流体（包括液体和气体）运动、变形和受力规律的学科。
流体力学的研究对象是流体的宏观运动，它涉及到许多自然现象和社会生产实践中的问题。
例如，气象、水利、航空航天、工业制造等领域都离不开流体力学。
流体力学的基本原理包括：流体的性质、流体静力学、流体动力学、流动阻力和能量损失等等。
它在很多领域中有重要应用，如飞机飞行和汽车设计中的气动性能，以及建筑物的风洞实验等等。
传热学是研究热量传递规律和传热过程的学科。
传热学主要涉及到热传导、热对流和热辐射三种基本传热方式。
热传导是指物体内部热能传递的过程，它涉及到物体内部的微观粒子运动；热对流是指由于流体运动而引起的热能传递过程，它主要发生在流体与固体的交界面上；热辐射是指物体通过电磁波的形式向外传递热能的过程。
传热学在能源、建筑、化工、电子、航天等领域中都有广泛的应用，如能源利用中的传热过程优化、建筑物的保温性能设计和微电子器件的散热设计等等。
在能源领域，流体力学和传热学具有非常重要的作用。
例如，在太阳能利用中，如何高效地收集太阳能并进行利用是一个重要问题。
太阳能集热器就是利用传热学原理来提高太阳能的利用率，它可以将太阳能转化为热能，并将其传输到需要加热的地方。
此外，传热学还广泛应用于石油和天然气工业中，例如油井的加热和天然气液化的过程都需要利用传热学的知识来进行优化设计。
建筑领域也是一个广泛应用流体力学和传热学的领域。
例如，建筑物的通风系统和空调系统都需要利用流体力学的知识来进行设计。
同时，建筑物的保温性能和隔热性能是建筑节能的关键因素之一，因此需要通过传热学的知识来进行合理的建筑设计和材料选择。
此外，在桥梁、高速公路和其他基础设施建设领域中，也需要利用流体力学和传热学的知识来进行防水、排水和保温等方面的设计和施工。
流体力学与传热学详解
/ m2
30
传热学
两个思考题
热量到底是怎么流动的？ 怎样使热量流得快（慢）一点？
32
0.绪论
本节内容主要讲述热能传递的基本理论知识； 概述
研究热量传递规律的科学，主要有热量传递 的机理、 规律、计算和测试方法
热力学第二定律： 热量可以自发地由高温热源传给低温热源 有温差就会有传热， 温差是热量传递的动力
(c) 圆角 0.2
(d) 流线形 0.04 22
管道出口损失系数ζ
1.0
23
管道变截面结构损失系数
管道突扩结构损 失系数ζ
管道突缩结构损 失系数ζ
24
90o 弯头损失系数ζ
25
4. 复合管系
串联管系：
Q1 Q2 Q3
hw,AB hw1 hw2 hw3
1.沿程阻力——沿程损失(长度损失、摩擦损失)
hf
l d
v2 2g
p f
l d
v2 2
λ——沿程阻力系数
2.局部阻力——局部损失
hj
v2 2g
pj
v2 2
达西-魏斯巴赫公式
ζ——局部阻力系数
6
沿程阻力
沿程阻力系数跟黏性有关—— 牛顿粘性实验
gz2
hw
he ws
hw u2 u1 q 0
管道流动损失 hw hf hj
hf : 直管中沿程流动损失(J/kg) hj : 附加管件损失(J/kg)
hf
l de
V2 2
4A de U
《第四章传热》PPT课件
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
《化工原理教学》传热-对流课件
为了帮助学生更好地理解对流传热的概念和原理，本课件介绍了化工原理教 学中重要的一部分——传热-对流。
对流基础知识
1 对流定义
对流是物质在流体中的传递过程，常常伴随着随流体运动的热量传递。
2 对流规律
对流是由于温度场引起的流体流动现象，遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理。
3 对流换热原理
对流换热是通过流体流动引起的热量传递方式，常见于化工工程和热交换器中。
对流换热的传热机理
1
对流传热的影响因素
2
流体速度、温度梯度、表面特性等因
素会影响对流传热过程的效率。
3
对流传热机制
对流传热通过流体流动和温度差驱动， 实现了物体间的热量交换。
对流传热的计算公式
根据牛顿冷却定律和对流换热系数， 可以计算对流传热的热量传递率。
对流传热的应用
工程中的对流传热应用
对流传热在化工工程、能源行业和热处理等 领域中有着广泛而重要的应用。
实际案例分析
通过对实际案例的分析，探讨对流传热在工 业过程中的是许多工程和技术领 域中必不可少的关键过程。
学习对流传热的意义
掌握对流传热的原理和应用， 对于化工专业的学生和从业人 员至关重要。
未来的发展和应用前景
对流传热的研究和应用将在能 源、环保等领域发挥重要作用。
流体力学和传热学
流体力学和传热学《流体力学和传热学》第一章流体力学1.1 流体介质流体（Fluid）是指可用来描述物质在物理状态机制上发生变形，具有形状改变能力的物质类型。
它们包括液体（Liquid）和气体（Gas），可以根据它们的性质将它们分为静力学流体（ statically fluids）和动力学流体（dynamic fluids）。
1.2 流体流动流体力学研究的基础内容是流体流动，它是物质在物理空间内的连续改变，由于流体分布的不均匀性，会产生流动。
它是由于重力、压力差、粘度和其他因素引起的。
1.3 流体力学基本原理流体力学研究的基本原理，可以归纳为三大要素：物理定律、力学方程和保守定律。
物理定律指的是物理现象的基本准则，如流体的流动、密度、压力、速度、温度等，他们是流体力学研究的基本研究对象。
力学方程涉及的是流体的动力学特性，如流体内的力平衡方程、温度方程以及动量守恒方程等，是探索流体流动的机理的基础。
保守定律指的是流体受到外力的作用时，它的总动量、能量、动量和质量的变化，可从它们的定义和物理定律可以推出。
第二章传热学2.1 传热学的定义传热学（Thermodynamics）是研究物质在物理系统中的能量交换及其特性的学科，它是动力学、能源学以及工程热力学的一部分。
它涉及物体的物理特性、热质的传递机理及传热学定律。
2.2 传热学的基本原理传热学的基本原理，一般可以概括为三大要素：物理特性、热质传递机理和传热学定律。
物理特性是指传热学中有关物质的特性，如密度、温度和物性参数等，而热质传递机理是指它的传热原理，如热对流、热传导及热辐射等。
最后的传热学定律，根据物理原理推出了物体内部的热能的变化，也就是“物体内的热能不会凭空灰飞烟灭，只能够从一处转移到另外一处”这一定律。
传热与流体流动数值计算(1~3章)-PPT精选文档
• 可以代表无因次的变量 • 热、质传递，流体流动，紊流以及有关的一些现 象的所有有关微分方程都可以看成通用方程的一 个特殊情况；可以只编写一个求解通用方程的程 序，对不同意义的 重复使用这个程序； • 对不同的 需要对相应的和S分别赋以各自合适 的表达式，同时给出合适的初始条件和边界条件。
坐标的合适选择
恰当明智地选择坐标系统有时可以减少所需要的自变量数。 并非只能使用直角坐标系，任何一种描述空间位置的方式都 是可以采用的。 例子： –1. 在一个静止的坐标系上看以恒定速度飞行的飞机 周围的流体流动是非稳态的；但是相对于固定在飞机 上的移动坐标系而言，流动是稳态的。 –2. 在一圆管内的轴对称流动于直角坐标系内是三维 的，但在r，θ，z的圆柱极坐标系内则是二维的。 –3. 坐标变换可能用来进一步减少自变量数量。 –4. 改变因变量可能导致自变量数目的减少。
恰好在第三项之后截断级数，两方程相加相减得到：
3 1 d 2x dx 2
d 2 1 3 2 2 dx 2 ( x )2 2 代入微分方程就推出有限差分方程。
假设：φ的 变化多少 有点像x的 一个多项 式，从而 高阶导数 项不那么 重要。
传热与流体流动的数值计算
[美] S.V. 帕坦卡 著 同济大学机械工程学院 朱 彤
本课程学习内容
• • • • • • • 物理现象的数学描述 离散化方法 扩散项处理 对流与扩散 流场的计算 湍流数学模型 Fluent基础知识介绍
参考书目
• 传热与流体流动的数值计算——[美] S.V. 帕坦卡 • 湍流——是勋刚 • 湍流计算模型——陈义良 • 数值传热学——陶文铨
其中h是比焓，k是导热系数，T是温度，Sh是容积发热率
《流体力学》PPT课件
h
3
流体力学的基础理论由三部分组成: 一是流体处于平衡状态时，各种作用在流体上的力之间关系
的理论，称为流体静力学； 二是流体处于流动状态时，作用在流体上的力和流动之间关
系的理论，称为流体动力学； 三是气体处于高速流动状态时，气体的运动规律的理论，称
为气体动力学。 工程流体力学的研究范畴是将流体流动作为宏观机械运动进
温度 t （℃）
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 -257 -195 20
密度
（ kg/m3） 998
1026 1149
789 895 1588 1335 1258 678 808 850-958 918
72 1206 13555
相对密度 d
1.00 1.03 1.15 0.79 0.90 1.59 1.34 1.26 0.68 0.81 0.85-0.93 0.92 0.072 1.21 13.58
动 力 黏 度 104
（ P a·s） 10.1 10.6 — 11.6 6.5 9.7 —
14900 2.9
19.2 72 —
0.21 2.8
15.6
2021/1/10
h
14
表1-2
在标准大气压和20℃常用气体性质
气体
空
气
二氧化碳
一氧化碳
氦
氢
密度
（ kg/m3） 1.205 1.84 1.16
h
1
第一节 流体力学的研究对象和任务
目
第二节 流体的主要物理性质
录
第三节 流体的静压强及其分布规律
第四节 流体运动的基本知识
第五节 流动阻力和水头损失
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对流传热原理详解演示文稿
4. 边界条件：
说明对流换热边界上的状态（边界上速度分布， 温度 分布及与周围环境之间的相互作用）。
第一类边界条件：
t w f ( x, y , z , )
恒壁温边界条件（Constant temp B.C）
t w const
第二类边界条件：
q
w
(
t n
)w
恒热流边界条件（Constant heat rate B.C）
1921年，波尔豪森提出。热边
界层厚度δt：
t tw 0.99(t tw )
温度场分区：
热边界层区： ➢存在温度梯度，发生热量传递的主要区；
➢ 温度场由能量微分方程描述。 主流区： ➢温度梯度不计，近似等温流动。
第27页，共46页。
3. 热边界层和流动边界层的关系
流动中流体温度分布受速度分布影响。 局部表面传热系数的变化趋势。
4.2.2 对流传热的定解条件 1. 几何条件：
对流换热表面的几何形状，尺寸，壁面与流体的相 对位置，壁面粗糙度。 2. 物理条件： 流体的物理性质（ρ、с、λ、α）, 有无内热源。
3. 时间条件：
对流换热过程进行的时间上的特点。 ✓ 稳态换热：无初始条件 ✓ 非稳态换热：初始时刻的速度场和温度场。
v
v y
1
p y
(
2v x 2
2v y 2 )
t t
2t 2t
u x v y a( x2 y2 )
第32页，共46页。
边界层内简化对流换热方程组介绍：
✓ 首先确定： u ~ 0(1), t ~ 0(1), l ~ 0(1), ~ 0(1)
✓ 从而： ~ 0( ), t ~ 0( ), x ~ 0(1), y ~ 0( )
第二节两流体间的对流传热doc
传热1．学习目的通过本章学习，掌握传热的基本原理、传热的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题，诸如：（1）热传导速率方程及其应用。
（2）换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算。
（3）对流传热系数关联式。
（4）辐射传热的基本概念和相关定律，掌握两物体间辐射传热的速率方程。
2．本知识点的重点（1）单层、多层平壁热传导速率方程，单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用。
（2）换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算，用平均温度差法进行传热计算。
（3）对流传热系数的影响因素及因次分析法。
3．本章应掌握的内容（1）传热的基本方式。
（2）间壁式换热器。
（3）对流传热系数机理。
（4）用传热单元数法进行传热计算。
（5）换热器的结构型式和强化途径。
（6）两固体间的辐射传热速率方程及其应用。
4．本章一般了解的内容（1）保温层临界直径。
（2）传热单元数法及应用场合。
（3）对流－辐射联合传热。
（4）一般传热设计的规范、相关计算和设备选型要考虑的问题。
5．本章学习中应注意的问题（1）边界层概念。
（2）传热单元数法。
（3）因次分析法。
（4）辐射传热的基本概念和定律，影响辐射传热速率的影响因素。
6 .应掌握的英文词汇Heat transfer and its applicationsBasic law of conductionSteady-state conductionUnsteady-state conductionPrinciples of heat flow in fluidsTypical heat-exchange equipmentEnergy balancesHeat flux and heat –transfer coefficientsHeat transfer to fluids without phase changeBoundary layerHeat transfer by forced convection in laminar flowHeat transfer by forced convection in turbulent flowHeat transfer in transition region between laminar and turbulent flowHeat transfer to liquid metalsHeating and cooling of fluids in forced convection outside tubesNatural convectionHeat transfer to fluids with phase changeHeat transfer from condensing vaporsHeat transfer to boiling liquidsRadiation heat transferEmission of radiationAbsorption of radiation by opaque solidsRadiation between surfacesRadiation to semitransparent materialsCombined heat transfer by conduction-convection and radiationHeat-exchange equipmentShell-and –tube heat exchangersPlate-type exchangersExtended-surface equipmentScraped-surface exchangersCondensers and vaporizersHeat transfer in agitated vesselsHeat transfer in packed beds概述:化学工业与传热过程密切相关，因为化工生产中的很多过程和单元操作，都需要加热、冷却和保温。
高等传热学课件对流换热-第5章-1
第五章自然对流换热当流体内部的温度分布或浓度分布不均匀时，会造成密度分布的不均匀，在体积力场的作用下，形成浮升力，而引起流体的流动与换热，这种现象称为自然对流。
在自然界与工程技术中，自然对流现象很多，譬如：地面与大气间温度差引起的复杂大气环流，工业排烟在大气中的混合与蔓延，工业废水在水域中的混合与扩散，各种电子器件的散热冷却，建筑物内的采暖，炉中的火焰与烟气的蔓延等。
在铸造、温控等涉及固/液相变的技术过程中，自然对流也是重要的物理过程。
与强制对流换热一样，自然对流也有层流与湍流，内部流动与外部流动的区别。
5-1 自然对流边界层分析一、自然对流边界层的特点以放置于静止流体中的竖壁为例。
流体温度为T ∞，壁面温度为w T ，当w T T ∞>时，壁面附近的流体被加热，温度升高，密度变小，在重力场作用下产生浮力，使流体向上运动，如图。
(a) Pr 1=, ()T δδ=(b)Pr >>1, ()T δδ>一般来说，不均匀的温度场仅出现在离壁面较近的流体层内，表现出边界层的特性。
与强制对流不同，离壁面较远的流体静止不动。
对不同类的流体，其边界层内的速度分布、温度分布及控制机理有所不同。
(a) 当Pr 1=时，T δδ=，温度分布单调，速度分布在离壁面一定距离处取得较大值，从壁面到速度极大值处，浮升力克服粘性力产生惯性力（速度）。
随着离开壁面的距离的增加，浮升力减小，但粘性力以更快的速度减小，直至为零，即在此处取得极大值。
从该点向边界层外缘，由于浮升力进一步减小，不足以维持如此大的惯性，所以速度又逐渐降低。
(b)Pr >>1时，T δδ>。
在T y δ<区域，浮升力克服粘性力产生惯性；在T y δ>区域浮升力为零，流体靠消耗惯性力来克服粘性力。
此时，温度分布与速度分布的宽度不同。
(c) Pr <<1时，T δδ<，热扩散能力大于粘性扩散能力。
Fluid Mechanics and Thermodynamics
Fluid Mechanics and Thermodynamics Fluid mechanics and thermodynamics are two fundamental branches of physicsthat play a crucial role in understanding the behavior of fluids and the transfer of energy in various systems. These concepts are not only essential in engineering and physics but also have practical applications in everyday life, such as in the design of vehicles, heating and cooling systems, and even in the human body. Inthis response, we will explore the significance of fluid mechanics and thermodynamics, their practical applications, and the challenges associated with these fields. Fluid mechanics is the study of how fluids (liquids and gases) behave and interact with their surroundings. It involves understanding the properties of fluids, such as density, viscosity, and pressure, and how these properties influence the flow and behavior of fluids in different environments. One of the key principles in fluid mechanics is the conservation of mass, which states that the mass of a fluid remains constant within a closed system, and the conservation of momentum, which describes the movement of fluids in response to external forces. Thermodynamics, on the other hand, deals with the transfer of energy in various forms, such as heat and work, and how this energy affects the properties and behavior of matter. It also encompasses the study of the laws of thermodynamics, which govern the behavior of energy and its transformation in different systems. The first law of thermodynamics, for example, states thatenergy cannot be created or destroyed in an isolated system, but can only change forms, while the second law of thermodynamics describes the direction of energy transfer and the concept of entropy. The practical applications of fluid mechanics and thermodynamics are vast and diverse. In the field of engineering, these principles are used to design and optimize various systems, such as aircraft, automobiles, and HVAC (heating, ventilation, and air conditioning) systems. For example, in the design of an aircraft, engineers use fluid mechanics to study the aerodynamics of the aircraft's wings and body, while thermodynamics is applied to understand the heat transfer within the aircraft's engines and air conditioning systems. In the context of everyday life, fluid mechanics and thermodynamics play a significant role in various aspects of our daily routines. For instance, theflow of water through pipes in a household plumbing system is governed by fluidmechanics principles, while the cooling and heating of a home rely on thermodynamic concepts. Even the human body operates based on these principles, as the circulation of blood, the exchange of gases in the lungs, and the regulation of body temperature all involve fluid mechanics and thermodynamics. Despite the numerous practical applications of fluid mechanics and thermodynamics, there are several challenges associated with these fields. One of the primary challenges is the complex and nonlinear nature of fluid flow, which makes it difficult topredict and control the behavior of fluids in real-world scenarios. This complexity often requires the use of advanced computational tools and experimental techniques to study and analyze fluid dynamics accurately. Another challenge is the high level of precision and accuracy required in the application of fluid mechanics and thermodynamics, especially in critical systems such as aircraft engines and medical devices. The slightest miscalculation or oversight in the design or operation of these systems can have severe consequences, emphasizing the need for rigorous testing and validation of fluid mechanics and thermodynamics principles in engineering and technology. In conclusion, fluid mechanics and thermodynamics are essential branches of physics with wide-ranging practical applications in engineering, technology, and everyday life. These fields provide a fundamental understanding of how fluids behave and how energy is transferred in various systems, enabling the design and optimization of complex engineering systems. However, the complex and nonlinear nature of fluid flow, as well as the high level of precision required in their application, present significant challenges that require ongoing research and innovation to overcome. Overall, the study of fluid mechanics and thermodynamics continues to be a fascinating and essential area of scientific inquiry with far-reaching implications for our modern world.。
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When heat transfer occurs during immersed flow, the flux is dependent on the geometry of the body, the position on the body (front, side, back, etc.), the proximity of other bodies, the flow rate, and the fluid properties.
• At a height of about 600 mm from the bottom of the plate, the temperature– distance curves approach an asymptotic condition and do not change with further increase in height.
• On the assumption that h depends upon pipe diameter, specific heat, thermal conductivity, viscosity, coefficient of thermal expansion, acceleration of gravity, density, and temperature difference, dimensional analysis gives
The heat-transfer coefficient varies over the body.
• Dimensional analysis gives
hd c( du )m (cp )n
k
k
• For any one gas for which the Prandtl number is nearly independent of temperature, the Nusselt number is a function only of the Reynolds number. Experimental data for air are plotted in this way.
Density differences in the fluid arising from the heating procquired to move the fluid.
A hot, vertical plate in contact with the air. The temperature of the air in contact with the plate will be that of the surface of the plate, and a temperature gradient will exist from the plate out into the room.
• For heating and cooling liquids flowing normal to single cylinders the following equation is used:
0.3
0.52
hodo cp f
k f k f
0.35
0.56
doG
f
(4.4-38)
This equation can also be used for gases from Re=1 to Re = 104, but it gives lower values of the Nusselt number than Figure at higher Reynolds numbers.
In the flow of fluids across a cylindrical shape, boundary layer separation occurs. No sharp distinction is found between laminar and turbulent flow, and a common correlation can be used for both low and high Reynolds numbers.
The natural convection currents surrounding a hot, horizontal pipe are more complicated than those adjacent to a vertical heated plate, but the mechanism of the process is similar.
At the bottom of the plate, the temperature gradient is steep, as shown by the full line marked “Z = 10 mm” in Fig.
At distances above the bottom of the plate, the gradient becomes less steep, as shown by the full curve marked “Z = 240 mm” of Fig.
Natural convection in liquids follows the same pattern, because liquids are also less dense hot than cold. The buoyancy of heated liquid layers near a hot surface generates convection currents just as in gases.
4.4.6 Natural Convection
Natural convection heat transfer occurs when a solid surface is in contact with a gas or liquid which is at a different temperature from the surface.