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第6章-对流换热1PPT课件

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一、换热微分方程
由牛顿冷却定律:
q w ,xh x(tw-t ) W m 2
由傅里叶定律与牛顿冷却公式:
对流换热过程
hxtw t y tw ,x
微分方程式
W (m 2C ) (62)
-
22
五、流动边界层
层流
过渡流
湍流
u
y
x
xc
层流底层 缓冲层
五、流动边界层
2. 实验测定 若用仪器测出壁面法向
一、牛顿公式
qht QhAt
15 16
只是对流换热系数 h 的一个定义式,它并没 有揭示 h 与影响它的各物理量间的内在关系
本章的目的就是要揭示这种联系,即求解表面换 热系数h的表达式。
6.2 影响对流换热的主要因素
影响对流换热系数 h 的因素有以下 5 方面 流体有无相变 流体流动的起因 换热表面的几何因素 流体的流动状态 流体的物理性质
6.3 对流换热微分方程组
一、能量微分方程
作为一种能量输运过程,对流换热过程必然 遵循能量守恒原理,对流过程中的流体温度场 应是能量守恒原理与对流换热具体的热量输运 形式相结合的表现形式,其数学描述称为能量 守恒微分方程,简称能量方程。
在对流换热过程中: 能量守恒原理 — 热力学第一定律; 热量输运形式 — 导热+对流。
质量*加速度=体积力+压力+粘滞力
D D u uu u xv u yw u z
(u
uuvu) x y
Fx
px (x2u2
y2u2)
(v
uvvv) x y
Fy
py (x2v2
y2v2)
二、动量守恒微分方程(Navier-Stokes)
稳态下自然对流:

换热系数大自然对流课件

换热系数大自然对流课件

换热系数的计算方法
经验公式法
根据实验数据和经验,总结出换热系 数的计算公式,适用于特定条件下的 传热过程。
数值模拟法
通过建立数学模型和数值求解方法, 计算出物体间的换热系数,适用于复 杂结构和非线性传热过程。
换热系数的影响因素
流体性质
流体的物理性质如粘度、导热 系数和比热容等,对换热系数
有显著影响。
总结词
应对气候变化的自然对流措施
总结词
自然对流在气候预测中的作用
详细描述
针对气候变化对自然对流的影响,可以采取相应的措施来 减缓其不利影响,如加强环境保护、推广可再生能源等。
生态系统案例
总结词
湿地生态系统中的自然对流特征
详细描述
湿地生态系统中的自然对流具有独特的特征和规律,如湿 地中的水体流动、气体交换等。了解这些特征有助于深入 探究湿地生态系统的功能和机制。
温度差
物体间的温度差是换热过程的 驱动力,温度差越大,换热系 数越大。
表面状况
物体的表面状况如粗糙度、清 洁度和润湿程度等,能够影响 换热系数的大小。
流动状态
流体的流动状态如层流或湍流 ,对换热系数有较大影响,湍 流状态下的换热系数通常较大

02
大自然对流现象
对流现象的定义与分类
定义
对流是指流体内部由于温度、密度等物理性质的不均匀分布引起的宏观运动。
换热系数大自然对 流课件
目 录
• 换热系数概述 • 大自然对流现象 • 换热系数与大自然对流的关系 • 换热系数在大自然对流中的应用 • 案例分析
01
换热系数概述
定义与意义
定义
换热系数是指在单位时间内,单 位面积上所传递的热量与对应的 温度差之间的比值,用于描述物 体间的热量传递速率。

第7章对流换热

第7章对流换热

外掠流动 沿流动方向的 边界层外的主
纵向距离x
流速度u∞
管内流动 Re<2300——稳定的层流 Re>104 ——旺盛紊流
2300<Re<104——过渡流
外掠平壁 Rex<6×104——稳定的层流 Rex=(3~5)×105——过渡到紊流
15
一、层流流动
稳定流动情况下,粘性流体以均匀流速流入管道时壁面逐渐形 成边界层。管内流动时边界层厚度逐渐增加,并最后汇集于管道 中心。当流体再往前推进时,管内速度分布不再改变而形成充分 发展的流动 。
拉普拉斯算子在直角坐标系中代表
Du p 2u 2 (divV) X
D x
3 x
幻灯片 16
▲若流体的密度也是常数,则divV=0
粘性力
Du p 2u X D x
流体单位体 积的惯性力
单位体积的压力
体积力
原则上,据三个方向的动量方程式和连续性方程式可以结合 边界条件求解四个未知数u、v、w 和p。
但由于纳维——斯托克斯方程是非线性的微分方程组,只有少 数几种经简化后的情况可求得分析解,大量的尚依赖于数值解。 此外,流体的物性和压力都可能与温度有关,必须引进能量方程 式,并进一步考虑温度场和速度场之间的关联。
6
三、能量方程
微元控制体积单位时间内流 体通过控制体边界面净导入的 热量-总和,加上单位时间内界 面上作用的各种力对流体所作 的功,等于控制体积内流体总能 的时间变化率。

v
u y

w u z


Fx
dxdydz
控制体所受的力
可分为表面力Fs 和体积力Fb 两类
剪应力
du

传热学第56章对流换热

传热学第56章对流换热

1、概述
要求解对流换热需得到速度场和温度场
假设: a) 流体为连续性介质
b) 流体为不可压缩的牛顿流体 c) 所有物性参数(、c、、μ)为常量 d) 忽略粘性力作功(即忽略粘性耗散产生的耗散热)
对于牛顿流体: u
y
4个未知量:速度 u、v ;温度 t ;压力 p
需要4个方程:连续性方程(1)、动量方程(2)、能量方程(3)
在贴壁处流速滞止,处于无滑移状态 (即:y=0, u=0),形成一极薄的不 运动的贴壁流体层。
在这一极薄的贴壁流体层中,热量只 能以导热方式传递
根据傅里叶定律:
qw
t
y
y0
W m2
流体的热导率 W (mC)
t y y0 — 在坐标(x,0)处流体的温度梯度
2020/4/28 - 10 -
(V) 0
2020/4/28 - 15 -
第5章 对流换热——§5-2 对流换热问题的数学描述
Euler法(控制体微元):
(1) x、y、z方向流入的净流量:
udydz u u dxdydz u dxdydz
x
x
vdxdz
v
v y
dy
dxdz
v y
dxdydz
wdxdy w w dxdxdy w dxdydz
2020/4/28 - 5 -
第5章 对流换热——§5-1 对流换热概述
(3) 流体有无相变
单相换热 (Single phase heat transfer) :
显热的变化
相变换热(Phase change):凝结(Condensation)、 沸腾(Boiling)、
升华(sublimation)、 凝固(coagulation)、 融化(thaw)

02-热对流-PPT

02-热对流-PPT

热对流对流换热◆热对流(heat convection) 与对流换热由于流体的宏观运动,且内部存在温差,则由于流体各部分之间发生相对位移,冷热流体相互掺混而产生的热量传递现象称为热对流。

自然界不存在单一的热对流流体中的分子同时在进行着不规则热运动,产生导热→热对流必然同时伴随热传导对流换热:流体流过一个温度不同的物体表面时引起的热量传递过程。

ut ∞t wΦA热对流◆对流换热的特点(1)热传导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。

流动的特点:贴壁处流体被滞止,处于无滑移状态热量传递:离开壁面----热对流q w热量传递:壁面与流体间----热传导常见的对流换热现象强迫对流换热过程热空气轻而上升,冷空气流来补充,形成对流密度差→自然对流换热过程流动的成因对流换热◆对流换热公式,1701年,牛顿冷却公式2() w f q A h t t W m ⎡⎤=Φ=−⎣⎦() w f ΦAh t t =−h ,表面传热系数(Convective heat transfer coefficient)A ,与流体接触的壁面面积t w ,固体壁表面温度t f ,流体温度2W (m )K ⎡⎤⋅⎣⎦1w ft t Ah−Φ=w ft t >Φt wt fhR 1h R Ah=对流换热热阻[K/W]对流换热热阻网络热对流◆h ,表面传热系数,对流换热系数()w f Φh A t t =−[]K)(m W 2⋅当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量h: 表征对流换热过程强弱的物理量影响h 因素:➢流体的物性(导热系数、粘度、密度、比热容等)➢流动的形态(层流、湍流)➢流动的成因(自然对流或强迫对流)➢物体表面的形状和尺寸➢换热时流体有无相变(沸腾或凝结)等。

研究对流换热的基本任务:用理论分析或实验方法得出不同情况下表面传热系数的计算关系式。

知识点:对流换热计算的基本公式与对流换热系数PPT.

知识点:对流换热计算的基本公式与对流换热系数PPT.

知识点:对流换热计算的基本公式与对流换热系数 式中 Δ t—流体与壁面的温差,℃; F—对流换热表面面积,m2; α —对流换热系数,简称换热系数,W/m2.℃。 2.对流换热系数及意义 对流换热系数α 的大小反映对流换热的强弱,在数值上 等于当流体与壁面温差为1℃时,单位时间单位壁面面积上的 对流换热量。
知识点:对流换热计算的基本公式与对流换热系数 1.对流换热计算的基本计算公式 前面讲过,流体和固体壁面间的热量传递,称为对流换 热。对流换热是流体导热与对流综合作用的结果。 对流换热热流量采用牛顿冷却公式计算
tF
或写成
W
(1)
t t W 1 R F
(2)
1 R 称对流换热热阻;℃/W (3) F
ห้องสมุดไป่ตู้

传热学对流换热ppt课件

传热学对流换热ppt课件
总结词
优化对流换热过程,提高传热效率是传热学的重要研究方向。
详细描述
对流换热是传热过程中的重要环节,优化对流换热过程、提高传热效率对于节能减排、提高能源利用 效率具有重要意义。未来研究将进一步探索对流换热的优化方法和技术,为实现高效传热提供理论支 持。
THANKS
感谢观看
02 通过求解这些方程,可以得到流体温度场和物体 温度场的分布,进而分析对流换热的规律和特性 。
02 对流换热的数学模型是研究对流换热问题的重要 工具,可以用于预测和分析各种实际工程中的传 热问题。
03
对流换热的影响因素
流体物性参数
01 密度
密度越大,流体质量越大,流动时受到的阻力也 越大,对流传热速率相对较快。
,提高能源利用效率。
工业炉的热能回收主要涉及对流 换热器的设计和优化,需要考虑 传热效率、热损失、设备成本等
因素。
通过对流换热技术回收工业炉的 热量,可以降低能源消耗和减少
环境污染。
建筑物的自然通风设计
建筑物的自然通风设计利用对流 换热原理,通过合理设计建筑布 局、窗户位置和大小等,实现自
然通风,降低室内温度。
传热学对流换热ppt 课件
目录
• 对流换热的基本概念 • 对流换热原理 • 对流换热的影响因素 • 对流换热的实际应用 • 对流换热的实验研究方法 • 对流换热研究的未来展望
01
对流换热的基本概念
对流换热定义
总结词
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程。
详细描述
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程,是传热学中的一种基本现象。当流体与固 体表面接触时,由于温度差异,会发生热量从固体表面传递到流体的过程。
在对流换热过程中,热传导与对流同时存在,共 02 同作用,两者相互关联,共同决定热量传递的速

材料科学工程课件23对流换热

材料科学工程课件23对流换热

1 竖板 2 水平管 3 水平板 4 竖直夹板
No Image
传热学
3.4.1 无限空间中的自然对流换热
1) 换热过程分析
No Image
传热学
2) 自然对流换热准则l3
2
物理意义:反映了 流体温差引起的浮 升力导致的自然对 流流场中的流体惯 性力与其粘性力的 对比关系。
No Image
传热学
4) 相似原理的应用
(1)相似原理的重要应用:
相似原理在传热学中的一个重要的应用是 指导试验的安排及试验数据的整理。
相似原理的另一个重要应用是指导模化试 验。所谓模化试验,是指用不同于实物几何尺 度的模型(在大多数情况下是缩小的模型)来 研究实际装置中所进行的物理过程的试验。
ddyuuyuxuxyuyuyyuzuzy fy1 p y2uy ddzuuz uxuxz uyuyz uzuzz fz1 p z2uz
No Image
传热学
热现象 (3)不可压缩、常物性、无内热源 时, 能量守恒定律:
准数方程的简化
K f(Eu、Re、Ho、Fr、Pe、Fo、Nu)=0 Nu =f(Eu、Re、Ho、Fr、Pe、Fo) K 流体运动方程:Eu =f(Re、Ho、Fr)
K Pe =Re.Pr
K 稳定速度场、稳定温度场: Ho、 Fo K 准数方程的一般形式:Nu =f(Re、Fr、Pr)
自由流动主要是由温差引起 Nu =f(Re、Gr、Pr) K 自然对流:Nu =f(Gr、Pr) 相同流体: Nu =f(Gr) K 强制对流:Nu =f(Re、Pr) 相同流体: Nu =f(Re)
传热学
第三节 对流换热计算
3.1 对流换热基本定律 3.2 对流换热微分方程 3.3 对流换热问题的数学描述 3.4 自然对流换热 3.5 流体强制对流时的对流换热

传热学-对流换热PPT课件

传热学-对流换热PPT课件
传热学-对流换热
对流换热:工程上流体流过一物体表面时的热量传递过程。 自然界中的种种对流现象 电子器件冷却 强制对流与自然对流
沸腾换热原理 空调蒸发器、冷凝器 动物的身体散热
➢ 热对流(Convection)
流体中(气体或液体)温度不同的各部分之间,由于 发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。
ρ↑、c ↑(单位体积流体能携带更多能量)→h↑ 4、动力粘度 µ [N.s/m2]、运动粘度 ν=µ/ ρ [m2/s]
µ ↑(有碍流体流动,不利于热对流)→h↓ 5、体膨胀系数 α [1/k]
α ↑(自然对流换热增强)→h↑
四、换热壁面的几何尺寸、形状及位置
影响到流体沿壁面的流动状态、速度分布和温度, 从而影响对流换热系数。
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
五、 流体有无相变(流体相变):
单相换热 Single phase heat transfer: 相变换热 Phase change:
凝结、沸腾、升华、凝固、融化等
流体相变时吸收或放出汽化潜热比比热容大得多, 且破坏了层流底层强化了传热。
5、层流底层(贴壁流体层)
流体在做湍流运动时,在管壁附近形成一层 流速很低的极薄的层流,称为层流底层。
层流底层的厚度随着流速的增加(即Re增加) 而减薄。
湍流核心
层流底层
二、边界层
(一)速度(流动)边界层
1、速度边界层的形成原因 粘性流体流过固体壁面时,
由于流体与壁面之间摩擦阻力 的影响,壁面附近的流体速度 会减小,即从来流速度减小到 壁面的零速度。 2、速度边界层图,见右图。
W/(m2 C)
——当流体与壁面温度相差 1°C时、单位壁面面积 上、单位时间内所传递的热量。

《化工原理教学》传热-对流课件

《化工原理教学》传热-对流课件
《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。

知识点:对流(热对流)PPT.

知识点:对流(热对流)PPT.

知识点:对流(热对流)
W (1) 式中 tw—固体壁面温度,℃; tf—流体温度,℃; α —对流换热系数,W/m2. ℃ 。 是指单位面积上,当流体同固体壁面 间为单位温差,在单位时间内的对流换 热量。用以表述对流换热过程的强弱。 它取决于流体的物理性质、流体的流速 与流态、物体表面的形状和尺寸等多项 因素。 利用热阻的概念,式(1)可改写 为
知识点:对流(热对流)
热量传递的第二种基本方式是对流(也称热对流)。 1.对流的概念 热对流是指由于流体的宏观运动,将热量由一处传递到 另一处的热量传递过程。 2.对流换热的概念 在日常生活和生产实践中遇到的热量传递问题,多是流 体和它所接触的固体表面之间的热量传递。流体和固体壁面 间的热量传递,称对流换热。它是流体导热和对流两种基本 热量传递方式共同作用的结果。 3.对流换热的计算公式 对流换热的基本计算公式是牛顿在1701年提出的,称为 牛顿冷却公式,即对流换热热流量
(t w t f ) F
t tw tf
Φ
0
Φ
x
tw
tf 1 Rα = α F
图1 对流换热
知识点:对流(热对流)
tw t f 1 F tw t 1b) (2)
1 R F
Rα 称为Fm2面积上的对流换热热阻,单位℃/W。图1下部 为对流换热的电路模拟图。
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液体内部的扰动,从而强化了对流换热。
5.换热表面的形状、大小、相对位置
换热表面的几何形状、相对位置不同,流体在换热面上
的流动情况也不同,从而对流换热系数也不同。另外,流体
与壁面之间的接触面大小、流体与壁面的接触角度等也都影
响流体换热面的流动状况,从而影响对流换热系数。图1表
示出几种对流换热表面几何因素的影响。
综上所述,影响对流换热的因素很多,对流换热量是诸
多物理量的函数
α=f(w,l,ρ,μ,λ,β,φ,cp,tw,tf,…)
(1)Βιβλιοθήκη 知识点:对流换热的影响因素
式中 w—流体流速,m/s; φ—壁面几何形状因素,包括形状和相对位置等; l—换热表面几何尺寸,m; tf—流体温度,℃; tw—换热表面温度,℃; ρ—流体密度,kg/m3; μ—流体动力粘滞系数,N.s/m2; λ—流体导热系数,W/m.℃; β—流体容积膨胀系数,1/K; cp—流体定压质量比热,kJ/kg.℃.
知识点:对流换热的影响因素
1.流体流动的起因 流体流动的原因不外有两种,一种是由于流体内各部分 温度不同产生密度差而引起的流动,这种流动称为自由流动 另一种是流体在外力(如风机、水泵)作用下产生的流动, 称为受迫流动(或称强迫对流)。受迫流动是在外力的作用 下产生的,因此,对于同种流体它的流速要比自由流动的流 速大,因而对流换热系数也高。例如空气自然对流换热系数 约5~25W/m2.℃,而在受迫流动情况下,对流换热系数可达 到10~100W/m2.℃。因此对流换热问题有自由流动换热和受 迫流动换热之分。 2.流体的流速与流态 流体的流动状态有两种。一是层流,这种流动的流速较
3.流体的物理性质 流体和固体表面之间的换热强弱,也受它们之间的导热 热阻影响,由前边叙述可知,流体导热系数λ越大,导热热 阻越小,对流换热也就越强。例如物体在水中要比同样温度 的空气中冷却快,这是因为水的导热系数要比空气的高20余
知识点:对流换热的影响因素
倍,故水的对流换热系数要比空气高很多。另外,流体的比 热cp和密度ρ也直接影响着换热强度,因为比热与密度的乘 积是单位容积流体温度升高1℃时所吸收的热量,故比热与 密度较大的流体吸收热量的能力也就越大。再者,流体的粘 滞系数μ也影响着流态和流动边界层的厚度,容积膨胀系数 β同样影响着自由流动换热时的浮升力大小和边界层内的速 度分布,所有这些物理性质都直接或间接影响着对流换热系 数的大小。
4.流体有无相变 无相变对流换热时流体仅改变显热,流体和固体壁面之 间有较大温差;而有相变对流换热时,流体吸收或放出汽化 潜热,对于同种流体,单位质量流体吸收的潜热要比显热大
知识点:对流换热的影响因素
得多,因此,有相变时的对流换热系数要比无相变时的对流
换热系数大。另外,沸腾时液体中气泡的产生和运动增加了
知识点:对流换热的影响因素
小,流体各部分均沿流道壁面作平行流动,各层流体之间互 不掺混。这种状态的换热主要取决于层流边界底部的导热。 另一种是紊流,这种流动的速度较大,流体各部分的运动呈 现出不规则的混乱状态。紊流时由于流体微团的相互掺混作 用,对流换热增强。相同条件下,紊流流态下的对流换热要 强于层流流态下的对流换热。另外,同一流态下流速越高对 流换热越强。
知识点:对流换热的影响因素
w
(a)
(b)
(c)
(d)
图1 影响对流换热的几何因素
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