传热学第五章ppt

冷凝器
锅炉
四、换热表面几何因素 （壁面尺寸、粗糙度、形状及与流体的相对位置)
定型尺寸——换热中有决定意义的尺寸，以此特征 尺寸作为分析计算的依据，能准确反映物体形状对 换热的影响
对流表面传热系数h的多参数函数
h f u,tw,t f , , cp , , , , l
对流换热情况分类
对流换热过程方程：
hx



tx

t y
w,x


x


y
w,x , 其中＝t
tw
二、连续性方程
推导依据——质量守恒定律
各方向流进和流出微元体的质量流量：
x方向M
x

Mx dx M
udy
M x x
x
dx
y方向M
第五章 对流换热分析
研究对象——流体与固体壁面之间的传热过程
研究目的——确定牛顿冷却定律 q h tw t f 中的h
对流表面 传热系数
局部对流表面传热系数hx
Isaac Newton(1642-1727)
hxdA
平均对流表面传热系数 h A
A
确定对流表面传热系数的四种方法
分析法
d
Dux, y, u u x u y u u u v u
d
x y x y
Dvx, y, v v x v y v u v v v
d
x y x y
x



t x
dy
y


t y
dx
x方向导入的净热量：
x


x

x x
dx


2t x2
dxdy
y方向导入的净热量：
y
y

y y
dy


2t y 2
dxdy
dy

cp
tv dxdy
yபைடு நூலகம்
3.内能增量：
c p
t

dxdy
将1、2、3代入能量守恒关系式，得出：

2t x2

2t y 2

c p
tu
x

c p
tv
y

c p
t

应用连续方程将其简化，得出：
c
p

t

u
t x
v
t y

v
v y


Y

p y


2v x 2

2v y 2

对稳态流动：
惯性力
体积力 压强梯度 黏滞力
u v 0

当只有重力场作用时： X g x Y g y
四、能量微分方程式
推导依据—— 内能增量＝导热热量＋对流热量
1.导热热量：
根据傅立叶定律：
h增大
体积膨胀系数 1 v 1 v T p T p
对理想气体 1 T
Re增大——h增大
定性温度——换热中起主导作用的温度，以此特征 温度确定物性参数，可将物性参数按常数处理
三、流体的相变（凝结、沸腾、融化、凝固、升华、凝华）
2.微元体所受的外力：（x,y两方向）
体积力YXddxxddyy
表面力
x
x
y
y

yx
y
xy
x
dxdy dxdy
将上式在x,y两个方向代入牛顿第二定律，得到Navier-Stokes方程：
x方向：

u

第二节 对流换热微分方程组
对流换热问题总的求解步骤（二维不可压缩牛顿型流体）
动量方程
能量方程
过程方程
已知条件
速度场
温度场
hx
h
一、对流换热过程微分方程式
推导依据：流体在贴壁处处于无滑移状态，贴壁流体层仅有导热发生
根据傅立叶导热定律：
qx


t y
w,x
根据牛顿冷却定律： qx hx tw t f x hxtx
2.对流热量：
由左方进入微元体的焓值： x cptudy
由下方进入微元体的焓值： y cptvdx
x方向对流入的净热量：x


x

x x
dx

c p
tu dxdy
x
y方向对流入的净热量：y
y

y y
y

M dy
y v
My
dx M
y
y
dy
将以上四式代入质量守恒定律： M x M y M xdx M ydy
得出： u v 0 x y
三、动量微分方程式(N•S方程)
推导依据——牛顿第二定律F＝ma
1.微元体的质量×加速度： dxdy DU d
DU 在两个方向的分量分别为：
u
u x

v
u y


X

x
x

yx
y
y方向：
v

u
v x

v
v y

Y

y
y

xy
x
对于不可压缩流体：
表面法向应力

x y

p 2 p 2
u
x v
y
表面切向应力 yx
xy


u y

v x

将其代入Navier-Stokes方程，并采用连续方程化简，得到：
x方向：
u

u
u x

v
u y


X

p x


2u x 2

2u y 2

y方向：
v

u
v x
类比法 数值法 实验法
第一节
常见对流换热设备：
壳管式 换热器
对流换热概述
蒸汽锅炉水循环系统
冷凝器 连续肋片管束
采暖散热器 环肋片管束
影响对流换热的因素
一、流动的起因和流动状态
起因
自然对流 受迫对流 混合对流
流动状态
层流 紊流
二、流体的热物理性质 （比热容、导热系数、密度、黏度、体积膨胀系数等）
比热容和密度大，单位体积流体能携带更多能量 导热系数大，流体内部导热能力强 黏度小，流体流动顺畅




2t x2

2t y 2

Dt
或可写为：
a2t
d
五、对流换热微分方程组
hx


t x

t y
w, x
5个方程,5个未知数(h,u,v,t,p)， 理论上存在唯一解