对流换热传热学课件06资料

▪ 运动粘度(Kinematic viscosity)：, m2/s
▪ 体膨胀系数(Volumetric thermal expansion coefficient)：
v, 1/K (影响自然对流换热)
v
1 v
v T
p
1
T
p
❖定性温度(Characteristic temperature)： 确定流体物性的特征温度。
▪ 密度(Density)：，kg/m3
▪ 热导率(Thermal conductivity)：, W/m·K
▪ 定压比热(Specific heat at constant pressure)：cp, J/kg·K
▪ 热扩散率(Thermal diffusivity)：a, m2/s
▪ 动力粘度(Dynamic viscosity)：, N ·s/m2
方 程
连续性方程
确定温度场
组 能量方程
表面传热系数
未知量：速度分量u ，速度分量v，温度t，压力p
2.1 连续性方程（Continuity equation）
Mass conservation of control volume(dxdy)，
X-direction：(unit time，z=1)
Inflow M x udy
Chapter 6 对流换热分析
Introduction to Convection
对流换热：流体与固体壁直接接触时所 发生的热量传递过程。 牛顿冷却公式
q h(tw t f )
确定换热系数(h)的途径 ➢ 理论解法：分析解法、积分近似解法、数
值解法和比拟解法 ➢ 实验研究：相似原理指导
§1 对流换热概述
温度场
2.热流边界条件
y
w,x
w,x
能量方程 ＋ 速度场
对流换热系数与流体温度场的关系，称为对流换 热过程微分方程式。
§2 二维对流换热微分方程组
(Two-dimensional convection heat transfer equations)
x方向动量方程
微 分
y方向动量方程 确定速度场
（4）粘滞力(viscosity force)
对于稳态流动
u v 0
只有重力场时
Fx g x Fy g y
❖连续性方程+动量方程速度场
2.3 能量微分方程式(Energy Equations)
设 为' 导热量； "为热对流传递的能量
'x t dy 1
x
x" cptudy
'y
const u 0（ , 5－3）
x y
2.2 动量微分方程式(Momentum equation)
1. 惯性力＝微元体的质量加速度 Inertia force＝MassAcceleration
dxdy 1 DU D
x DU 在 和 y 方向分别为
D
Du u u u u D x y
t y
dx 1
" y
c ptdx
x方向导入的净热量＝
'x
( 'x
'x
x
dx)
y
y
xy
x
dxdy
法向应力(Normal stresses)：x, y ；
切向应力(Shear stresses)：xy, yx
动量守恒方程(Momentum equations)
u
u
u x
u y
Fx
x
x
yx
y
u
x
y
Fy
xy
x
y
y
x
p
2
u x
yx
xy
u y
x
代入上两式得
u
qx
Байду номын сангаас
L
t y
w,
x
qx hx tw t f x hx tx
（1） （2）
引入过余温度
t tw; tx (tw t f )x (w f )x x
hx
L x
y
w,x
——对流换热过程微分 方程式
目的：求解hx 边界条件：
1.壁温边界条件
求温度梯度
y
w,x
(temperature gradient)
壁面几何因素影响流体在壁面的流态、速度分 布、温度分布()。 ❖定型尺寸（l）：对换热有决定影响的特征尺寸。
总结：
h f (u，tw，t f，，cp，，v，，l，)
1.2 对流换热过程微分方程式
（Convection transfer differential equations)
根据傅立叶定律和牛顿冷却公式：
x 方向加速度
D u D x y
y 方向加速度
2.微元体所受的外力
1）体积力（body
forces）
Fx dx dy Fy dx dy
式中X、Y为单位体积流体在x、y方向分别受到的
体积力分量
2）表面力（surface forces）
x, y方向受到的表面力分别为：
x
x
yx
y
dxdy
▪ 流体平均温度
Average temperature of fluid ▪ 壁表面温度
Temperature of wall surface ▪ 流体与壁的算术平均温度
Average temperature between fluid and wall surface
三、流体的相变（Phase Change） 四、换热面几何尺寸、形状及位置
1.1 影响对流换热的因素
一、流动起因和流动状态
1.流动起因 1) 自然对流（free convection） 2) 受迫对流（forced convection） 2.流动状态 1）层流（laminar flow） 2）紊流（turbulent flow）
二、流体的物理性质 (Thermophysical properties of fluids)
u
u x
u y
Fx
p x
(
2u x 2
2u y 2
)（5-4a）
u
x
y
Fy
p y
(
2
x 2
2
y 2
（) 5-4b）
（1）
（2）（3） （4）
Physical significance:（1）惯性力(inertia force)
（2）体积力(body force)
（3）压力梯度(pressure gradient)
Outflow
M xdx
Mx
M x x
dx
Y-direction：
Inflow M y dx
Outflow
M ydy
My
M y y
dy
质量守恒(Mass conservation)
M x dx M y dy 0
x
y
M x udy; M y vdx
常物性、不可压缩稳态流动
(Constant properties, incompressible fluids, steady flow)