流体力学与传热学共39页
流体力学与传热学ppt课件
动（泵、风机等）
2) 流动状态
h紊流 h层流
层流运动：流体微团沿着主流方向做有规 则的分层运动
湍流运动：流体质点做复杂无规则的运动
3) 流体有无相变
h相变 h单相
单相换热：流体显热的变化实现对流换热中的热量
变换
相变换热：在有相变的换热过程中，流体相变热
（潜热）的释放或吸收常常其主要作用
4) 换热表面的几何因素
换热表面的形状，大小，换热表面与流体运动方向的相对位置以及换热表 面的状态（光滑或粗糙）
5) 流体的物理性质 流体的热物理性质对换热的影响很大： 热导率λ ；密度ρ；比热容c ； 动力粘度η ；运动粘度ν ；体胀系数β 综上所述，表面传热系数是众多因素的函数
h f (v, tw , t f , , cp , , ,, l)
在稳定的状态下 壁面与流体之间的对流传热量就等于贴壁处静止流体层的导热量
hx
tw
t
t y
w
,
x
对流传热过程微分方程式
hx取决于流体热导率、温度差和贴壁的温度梯度
要求解一个对流换热问题，获得该问题的对流传热系数或交换的热流量
获得流场的温度分布，即温度场
确定壁面上的温度梯度
计算出在参考温差下的对流传热系数
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状态（层流或湍流）、流速的大 小及其分布、表面粗糙度等。
温度场取决于流场
§8.2 对流传热问题的数学描写
1、假设条件
为简化分析,对于影响常见对流换热问题的主要因素,做如下假设:
1) 流动是二维的; 2) 流体为不可压缩的牛顿型流体; 3) 流体物性为常数,无内热源;
5-传热学与流体力学基础
不同换热状态下表面传热系数的大 致数值范围
• 和导热系数相似的是，物体的状态对表面 换热系数也有极大的影响：水蒸气的换热 系数低于水的表面换热系数； • 另外还应该注意到，在水的沸腾和凝结换 热时其表面换热系数有显著的提高，尤其 是蒸发过程的沸腾换热，说明流体的状态 对换热系数的影响规律； • 在热泵工质循环的蒸发器和冷凝器中，也 发生着制冷剂的沸腾和凝结，对换热过程 有很大的影响。
热辐射是由热运动产生的，以电磁 波形式传递的能量
• 任何物质都具有热辐射的能力，热辐射的唯 一条件是它的温度必须高于绝对温标的零度 （0K），而达到或低于这一绝对零度是绝对 不可能的，所以，任何物体，都会不停地向 周围空间发出热辐射； • 同一件物体，它的辐射能与它自身的温度正 相关，即温度越高，发射的热量就越多，但 是物质不同，或者其表面形状不同，在同样 的温度下辐射能力也不相同，受材料粗糙度、 氧化情况等因素的影响 • 热辐射具有强烈的方向性，辐射能与温度以 及波长有关 。
传热过程与传热系数
• 传热过程的定义：两流体间通过固体壁面 进行的换热。 • 传热过程中，固体壁面两侧不同温度的流 体不能互相混合，仅能透过改固体壁面进 行热的传递。 • 工程上实际发生的热量传递，基本上都不 会是单一的热量传递形式 ，三种热量传递 的形式经常是同时存在的 。
• 传热过程中，固体壁面两侧的温差越大， 高温流体向低温流体传递热量的能力就 越强，这一点和导热及对流的热传递规 律是一致的； • 但是温差不是影响传热量唯一的因素， 传热量还与流体流动状况和固体壁面材 料本身有关，传热量公式表达式为 ： • Φ＝KA(T1-T2) ＝KAΔT • 式中，K为单位面积固体表面（参与换热 的面积）的总传热系数，简称传热系数， 单位是W/m· K 。
流体力学与传热学ppt课件
3) 时间条件 稳态对流换热过程不需要时间条件—与时间无关
4) 边界条件 第一类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的温度值 第二类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的热流密度值
§8.3 边界层概念及边界层换热微分方程组
计算出在参考温差下的对流传热系数
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状态（层流或湍流）、流速的大 小及其分布、表面粗糙度等。
温度场取决于流场
§8.2 对流传热问题的数学描写
1、假设条件
为简化分析,对于影响常见对流换热问题的主要因素,做如下假设:
1) 流动是二维的; 2) 流体为不可压缩的牛顿型流体; 3) 流体物性为常数,无内热源;
比拟法 数值法
通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性，以建立起表 面传热系数见的相互关系的方法。
近20年内得到迅速发展，并将会日益显示出其重要的作用。
7、如何从解得的温度场来计算对流传热系数
当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作 用，流体的流速在靠近壁面处随离壁面的距 离的缩短而逐渐降低；
在贴壁处被滞止，处于无滑移状态（即：y=0, u=0） 在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递
c 数值解法：近年来发展迅速 可求解很复杂问题：三维、紊流、变物性、超音速
2）动量传递和热量传递的类比法 利用湍流时动量传递和热量传递的类似规律，由湍流时的局部 表面摩擦系数推知局部表面传热系数
3）实验法 用相似理论指导
4、对流传热过程的单值性条件
完整数学描述：对流传热微分方程组+ 单值性条件
1) 几何条件 平板、圆管；竖直圆管、水平圆管；长度、直径等
【精品】流体力学与传热学教案设计
流体力学与传热学流体静力学:研究静止流体中压强分布规律及对固体接触面的作用问题流体动力学:研究运动流体中各运动参数变化规律，流体与固体作用面的相互作用力的问题传热学研究内容：研究热传导和热平衡规律的科学上篇：流体力学基础第一章流体及其主要力学性质第一节流体的概念一流体的概述⒈流体的概念：流体是液体和气体的统称⒉流体的特点:易流动性—在微小剪切力的作用下，都将连续不断的产生变形（区别于固体的特点）⑴液体：具有固定的体积；在容器中能够形成一定的自由表面；不可压缩性⑵气体;没有固定容积;总是充满所占容器的空间;可压缩性二连续介质的模型⒈连续介质的概念所谓连续介质即是将实际流体看成是一种假想的,由无限多流体质点所组成的稠密而无间隙的连续介质.而且这种连续介质仍然具有流体的一切基本力学性质.⒉连续介质模型意义所谓流体介质的连续性,不仅是指物质的连续不间断,也指一些物理性质的连续不间断性.即反映宏观流体的密度,流速,压力等物理量也必定是空间坐标的连续函数(可用连续函数解决流体力学问题）第二节流体的性质一密度—--表征流体质量性质⒈密度定义:单位体积内所具有的流体质量⑴对于均质流体:ρ=m/v式中ρ-流体的密度（㎏/m 3）m-流体的质量（㎏）v —流体的体积（m 3)⑵对于非均质流体:ρ=⒉比体积（比容)：单位质量流体所具有的体积（热力学和气体动力学概念）⑴对于均质流体：v=V/m=1/ρ（m 3/㎏)3．液体的密度在一般情况下，可视为不随温度或压强而变化；但气体的密度则随温度和压强可发生很大的变化。
二流体的压缩性和膨胀性dv dm v m v =∆∆→∆0lim㈠压缩性⒈定义:当温度不变时，随作用在流体上的压力增大被所产生的流体体积减小,称为流体的压缩性。
⒉压缩性的大小表示⑴流体压缩系数κT -—等温压缩率当温度不变时,由压强变化所引起的流体体积的相对变化量。
即式中K T —体积压缩系数(P a -1）∆V —压缩前后流体体积改变量（m 3）V —流体原有体积（m 3）∆P —压强的变化量(P a ）⑵体积弹性系数(弹性模量)E-—单位形变所需压力dPdV V P V V P V V K T 1lim 1/lim 00-=∆∆-=∆∆=→∆P →∆P（P a )☆一般情况下,液体可看作不可压缩流体。
流体力学与传热学
1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的（热传导）和边界层外的（对流传热）合并考虑，并命名为给热。
2、在工程计算中，对两侧温度分别为 t1,t2 的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。
平均导热系数的两种表示方法是或。
答案；λ =3、图 3-2 表示固定管板式换热器的两块管板。
由图可知，此换热器为或。
体的走向为管程，管程流1 1 4 22 33 5图 3-2 3-18 附图答案：4；2 → 4 → 1 → 5 → 3；3 → 5 → 1 → 4 → 2 4、4.黑体的表面温度从 300℃升至 600℃，其辐射能力增大到原来的（5.39）倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的 4 次方成正比,? 600 + 273 ? 摄氏温度,即 ? ? =5.39。
? 300 + 273 ?5、 3-24 用 0.1Mpa 的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。
空气走管内， 20℃升至 60℃，由则管内壁的温度约为（100℃）6、热油和水在一套管换热器中换热，水由 20℃升至 75℃。
若冷流体为最小值流体，传热效率 0.65，则油的入口温度为 (104℃)。
7、因次分析法基础是 (因次的一致性)，又称因次的和谐性。
8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的(剪应力)9、如果管内流体流量增大 1 倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的(2 倍)10、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时4 倍。
11、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的（速度梯度），即使（粘度）很小，（内摩擦应力）仍然很大，不容忽视。
12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的（惯性力）与（粘性力）之比。
13、滞流与湍流的本质区别是（滞流无径向运动，湍流有径向运动）二、问答题：问答题： 1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。
流体力学和传热学
4) 堆芯冷却剂通道内的换热 燃料裂变所产生的热量，主要
通过元件的包壳传给冷却剂—— 对流换热。
Z
t0
tu
tg
tw tf
牛顿冷却定律
燃料包壳外表面热流密度（W／m2）
q h(Tw Tf ) hf
T
燃料芯块
包壳
表面传热系数
冷却剂主流温度℃
燃料包壳外表面温度℃
传热过程的总热阻等于各局部热阻之和，为了减少总热阻 首先就应减小局部热阻中最大的。
例如两侧分别为蒸汽和空气的金属管壁，若空气侧的换热
系数h1=30W/(m2·K)，蒸汽冷凝侧的换热系数h2 =5000W/(m2·K)。 一般金属管壁的导热系数较大，管壁较薄，所以管壁热阻常可忽
略。传热系数 h2增大一倍，k的值仅由29.82增大到29.91，
tmin
37Biblioteka 3.7 堆内传热过程1）核燃料元件内的热传导
裂变能主要产生于核燃料 元件内部，燃料元件的长径 比很大，因此可忽略轴向传 热，核燃料元件可看成是带 内热源的仅存在径向传热的柱状固体：
2）燃料芯块与包壳之间间隙的传热 没有内热源的薄层，热量通过这个充气的间隙主要是靠导热。
这个间隙虽然很薄，但它引起的温度一般可以达到几十甚至几 百℃，要对间隙热导进行精确的计算是很困难的。
表面传热系数是众多因素的函数：
h f (v, tw , tf , , cp , , , , l, Ω)
一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型
表面传热系数 h /[W /( m2K])
空气自然对流换热
1～10
水自然对流换热
100～1 000
空气强迫对流换热
流体力学与传热学详解
Q Q1 Q2 Q3
hw1 hw2 hw3
26
5. 管路特性曲线
泵
风机
所谓管路特性曲线，就是管路中通过的 流量与所需要消耗的能头之间的关系曲线
27
减小流动损失的措施 1. 减小管长、增大直径、降低粗糙度； 2. 减少附加管件、平滑过渡、弯头导流； 3. 管路特性与驱动机械内特性相匹配。
tw1 tw,n1 1 n 1 ln di1
2L i1 i di
39
2.对流换热
基本概念 热对流——流体的宏观运动，使流体各部分之间发生相 对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 对流的形式 自然对流：因流体的密度差而引起的流动； 强制对流：流体的流动是由水泵、风机或其他外力 所引起的； 对流换热——流体流过物体表面时的热量传递过程；
1
2
3
i1 i
通过n层平壁的热流密度：
q
tw1
tw,n1
n i
tw1
tw,n1 Ri
i1 i
37
1.稳态导热
圆筒壁的稳态导热
单层圆筒壁的稳态导热： 对于长度为L、无内热源的内、外
径分别为d1、d2的单层圆筒壁，若 其内、外壁温度为tw1和tw2，导热
29
（3）k/de，k=0.15mm
k 5.62 104 de
（4）λ Re = 1.7×105 在湍流过渡区
用希弗林松公式
0.11 k
68
0.25
d Re
（5）R
Rp l de 8.31
λ=0.0194
（6）Δp
1_流体力学与传热学
P p lim A
A 0
返回首页
第二节 流体静力学
一、流体静压强及其特性
P Z dA n
流体静压强的方向与受 压面垂直并指向受压面
Y X 0
作用于同一点上各方 向的静压强大小相等
流体静 压强的 特性
第二节 流体静力学
二、流体静压强的分布规律
分析静止液体中压强分布 作用于轴向的外力有：
可忽略。 2、气体有显著的压缩性和膨胀性，t与P的变化对v 影响很大。 3、当气体的温度不过低压强不过高时，T、P、v三
者关系服从理想气体状态方程。
第二节 流体静力学
目的：学习和讨论流体静止状态下 的力学规律及其应用
流体静止时的特点：
不显示其粘滞性，不存在切相应力
流体静止是运动中的一种特殊状态
流体静力学研究的中心问题：
流体静压强的分布规律
第二节 流体静力学
一、流体静压强及其特性
静水压力与静水压强
静止液体作用在与之接触的表面上的水压力称为 静水压力P.
在静水中表面积为A的水体，微小面积△A所受作 用力△P， P P 该微小面积上的平均压强为 A 当△A无限缩小至趋于点K时，K点的静水压强
p1
2
2
图2-5
圆管中有压流动的总水头线与测压管水头线
第四节 流动阻力和水头损失
能量损失的计算
沿程损失
hf
l v2 d 2g
沿管长 均匀发 生
局部损失
局部障 碍引起 的
hm
v2 2g
整个管路的能量损失等于：
各管段的沿程损失和局部 损失之和
第五节 流动阻力和水头损失
整个管路的能量损失等于各管段的沿程损失和局部损失之和.
第三部分流体力学、传热学知识
第三部分流体⼒学、传热学知识第三部分—流体⼒学、传热学知识⼀、单项选择题1、在⽔⼒学中，单位质量⼒是指（C）□A.单位⾯积液体受到的质量⼒；□B.单位体积液体受到的质量⼒；□C.单位质量液体受到的质量⼒；□D.单位重量液体受到的质量⼒。
2、液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为( B ) □A.1 kN/m2 □B.2 kN/m2 □C.5 kN/m2 □D.10 kN/m23、有压管道的管径d与管流⽔⼒半径的⽐值d /R=（B）□A.8 □B.4 □C.2 □D.1 4、已知液体流动的沿程⽔⼒摩擦系数与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于( C )□A.层流区□B.紊流光滑区□C.紊流过渡粗糙区□D.紊流粗糙区5、现有以下⼏种措施：①对燃烧煤时产⽣的尾⽓进⾏除硫处理；②少⽤原煤做燃料；③燃煤时⿎⼊⾜量空⽓；④开发清洁能源。
其中能减少酸⾬产⽣的措施是（C）□A.①②③□B.②③④□C.①②④□D.①③④6、“能源分类相关图”如下图所⽰，下列四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（C）□A.煤炭、⽯油、潮汐能□B.⽔能、⽣物能、天然⽓□C.太阳能、风能、沼⽓□D.地热能、海洋能、核能7、热量传递的⽅式是什么？（D）□A.导热□B.对流□C.热辐射□D.以上三项都是8、流体运动的连续性⽅程是根据（C）原理导出的？□A.动量守恒□B.质量守恒□C.能量守恒□D.⼒的平衡9、当控制阀的开⼝⼀定，阀的进、出⼝压⼒差Δp（B）□A.增加□B.减少□C.基本不变□D.⽆法判断10、热流密度q与热流量的关系为（以下式⼦A为传热⾯积，λ为导热系数，h为对流传热系数）（B）□A.q＝φA □B.q＝φ/A □C.q=λφ□D.q＝hφ11、如果在⽔冷壁的管⼦⾥结了⼀层⽔垢，其他条件不变，管壁温度与⽆⽔垢时相⽐将( B )□A.不变□B.提⾼□C.降低□D.随机改变12、在传热过程中，系统传热量与下列哪⼀个参数成反⽐? ( D )□A.传热⾯积□B.流体温差□C.传热系数□D.传热热阻13、下列哪个不是增强传热的有效措施？（D）□A.波纹管□B.逆流□C.板翅式换热器□D.在对流传热系数较⼤侧安装肋⽚14、临界热绝缘直径是指：（A )□A.管道热损失最⼤时的热绝缘直径；□B.管道热损失最⼩时的热绝缘直径；□C.管道完全没有热损失时的热绝缘直径；□D.管道热阻最⼤时的热绝缘直径。
流体力学与传热：第三节 流体微团的运动分析
dz
wc
w
w x
dx
w dy y
w dz z
C点速度：
u u u
uc u x dx y dy z dz
vc
v
v x
dx
v y
dy
v z
dz
w w w wc w x dx y dy z dz
1 v dy 1 w dz
2 x
2 x
1 u dx 1 w dz
2 y
2 y
1 u dx 1 v dy
j ( xyx yyy zyz) k ( xzx yzy zzz)
在进一步简化上述表达式之前，先介绍二阶张量的概念，以及它的 简单运算规则。
向量 a 是由三个标量所组成，它的组成形式为：
a1
a
a2
e1a1
e2a2
e3a3
ei ai
a3
二阶张量是这样一种量，它是由三个向量所组成，它的组成形式：
而应变率张量为：
E
xx yx
xy yy
xz yz
=i
x
j y
kz
zx zy zz
i (i xx +j xy +k xz ) j (i yx +j yy +k yz ) k (i zx +j zy +k zz )
则可得：
dr E i ( xxx yxy zxz) j ( xyx yyy zyz) k ( xzx yzy zzz) jidx jei
w y
v z
dz
1 2
u z
w x
dx
C点速度：
uc
u
u dx x
1 2
传热学与流体力学基础
（第四课）
.
传热的三种基本形式
• 热量传递的三种基本方式是：导热(热传 导)、对流(热对流)和热辐射 。
• 传热学是热泵最重要的基础之一：热泵热 水器相当大一部分的设计和制造问题，是 传热问题，在热泵系统的四个主要部件里， 专门用于传热的就有两个，蒸发器与冷凝 器，即俗称的“两器” ；
• 热量传递过程的推动力是“温差”
.
• 由热力学第二定律得知：热量可以自发地 由高温热源传给低温热源；
• 热量传递的必要条件是温差，有温差就会 有传热，温差是热量传递的推动力,没有温 差热量就不会发生传递。
• 热量传递的方向：热量总是由高温的物体 传递给低温的物体，不可能出现相反的热 传递现象。
• 在实际中发生的传热过程，往往是三种传 热方式的共同作用的总和。
• 对流换热是导热与热对流同时存在的复杂热传递 过程。
• 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动，也 必须有温差。
• 接触壁面处，流体会形成速度梯度很大的边界层 （附面层）
.
对流换热的多种形式
• 按流体是否发生相变划分，有相变的分为 蒸发换热或者冷凝换热，无相变的则成为 普通换热；
• 在空气源热泵热水器的冷凝器和蒸发器内 进行的换热过程，都是有工质发生相变的 对流换热过程，蒸发器中沸腾气化，冷凝 器中凝结液化。
.
导热系数的大致规律
• 对于绝大部分物质来讲，金属的导热系数最 高，液体次之，而气体最低；
• 每种物质都有自己特定的导热系数 。大体上 是固体≥液体≥气体 ；
• 一般的，导电性好的材料，导热性也好； • 导热系数与状态有关，例如冰的导热系数为
2.22 W/( m·k)，水的导热系数为0.599 W/( m·k)，而水蒸气的导热系数仅为0.0194 W/( m·k)。
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
《流体力学与传热学》课件
04
传热学应用实例
建筑节能是传热学的重要应用领域，通过合理利用传热学原理，可以有效降低建筑能耗，提高能源利用效率。
建筑设计时，利用传热学原理，合理设计建筑物的保温、隔热、通风等系统，可以有效降低建筑物的热量损失和冷热负荷，从而减少能源消耗。例如，利用保温材料和密封技术减少墙体热传导，利用自然通风和热压差通风降低室内温度等。
流体静力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体静力学是研究流体在静止状态下力学行为的一门学科。主要研究流体内部的压力分布、液体对容器壁的侧压力等，在工程实际中有广泛应用。
总结词
流体动力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体动力学是研究流体在运动状态下力学行为的一门学科。主要研究流体的速度、压力、密度等物理量的变化规律，以及流体与固体壁面的相互作用等，在航空航天、交通运输等领域有重要应用。
随着计算机技术的不断发展，数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中发挥着越来越重要的作用。这些技术可以对流体流动和传热过程进行精确模拟和预测，为实验研究和工程应用提供有力支持。
数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中广泛应用于各种领域。例如，在能源领域，通过对流体流动和传热的数值模拟，优化核能、风能等可再生能源的开发和利用。在环境领域，通过对污染物扩散的数值模拟，评估环境治理措施的有效性。在生物医学领域，通过对生物体内的流体流动和传热的数值模拟，揭示生理过程和疾病机制，为诊断和治疗提供依据。
THANKS
感谢观看
总结词
新能源技术是未来能源发展的方向，传热学在新能源技术的开发和利用中发挥着重要作用。
要点一
要点二
详细描述
太阳能、风能等新能源的开发和利用过程中，传热学原理被广泛应用于设备的热回收、热利用和热控制等方面。例如，太阳能热水器利用传热学原理将太阳能转化为热能，风力发电设备的散热系统和热回收系统也涉及到传热学的知识。
第一章流体力学导论(讲义).
等温压缩率物理意义：衡量流体可压缩性，表示 在一定温度下压强增加一个单位时流体密度的相对增 加率。 由于 v 1 ，所以等温压缩率还可以表示为：
1 v T v p T
等温压缩率另一种物理意义：在一定温度下，压 强增加一个单位时流体体积的相对缩小率。
3）、辐射机理
电磁波范围极广，通常把波长为0.4～40μm范围 的电磁波称为热射线。热射线产生于物质的原子内部， 而引起这种运动的基本原因是物体本身温度。
4）、产生辐射传热的条件 当两个物体温度都在绝对零度以上而且有温差时， 高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高 温物体的能量。总的效果是高温物体辐射给低温物体能 量。实验证明：只有当物体的温度大于400℃时，因辐 射而传递的能量才比较显著。
20世纪以来，数学与计算机科学的发展，为 通过仿真研究传热学和流体力学奠定了基础。例如： 利用分析软件分析航天器热量分布，从而为航天器 的隔热设计奠定了理论基础。利用仿真软件分析潜 器形状与受到流体阻力的关系，指导潜器等水下平 台的设计。
第二节 传热学与流体力学的理论基础
一、传热学的理论基础
1、热量传递三种基本形式：
v
v
1
表1.2
4）、流体可压缩性与热膨胀性 （1）可压缩性 : 在外力作用下，体积或密度可以改变的性 质。 （2）热膨胀性：温度改变时流体体积或密度可以改变的性 质。 对于单一组分的流体，密度随压强、温度的改变：
d dp dT T dp dT p T 1 T — 等温压缩率 p T
•
传热学的主要研究内容
传热学是研究热量传递规律的科学
传热学与流体力学概念要点复习
第一章导论1.传热学：传热学是研究由温差引起的热量传递规律的科学。
2.流体力学:流体力学是研究流体的平衡与运动规律的科学。
速度分布，压强分布，能量损失及流体与固体的相互作用。
3.热量传递的三种基本方式：导热，对流，热辐射。
4.导热:物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热或者热传导。
5.气液固导热机理：在气体中，导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，气体温度升高，不同能量水平的分子相互碰撞使热量由高温传到低温；导电固体中，通过自由电子相互碰撞传递热量；不导电固体中通过晶格结构的振动，即原子，分子在其平衡位置的振动实现的；液体的导热机理兼有气体和非导电固体的特性。
6.傅里叶定律：导热热流Q的大小取决于物体中沿导热热量传递方向上的温度变化率的大小，热量通过的物体面积与表征材料导热能力的物性参数，热导率。
7.导热问题分类：温度场中的温度是否随时间发生变化分为稳态导热和非稳态导热。
8.对流：是指由于流体的宏观流动，各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
9.牛顿冷却公式：10.影响表面传热系数h的因素：流体的物性，密度，比热容，热导率，粘性系数等，换热表面的形状大小，流动速度与形态等。
11.辐射换热：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。
特点：动态平衡，热平衡时，辐射换热量为0但是辐射与吸收过程仍在继续。
方向性，可在真空中进行，且最有效。
辐射时能量形式发生改变。
任何物体温度高于0K就会不停的发出热辐射。
12.黑体:能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体。
13.四次方定律：14.流体:气体与液体合称为流体。
15.相变：物质三态在一定条件下会发生相互转化，例如，当温度改变时，分子热运动足以破坏某种特定相互作用形成的秩序时，物质的宏观状态就可能发生突变，形成另一种聚态，称为相变。
特征体积变化产生潜热。
16.流体的连续介质假设：连续介质模型认为物质连续的无间隙的分布于物质所占有的整个空间，流体宏观物理量是空间点和时间的连续函数。
多相流的流体力学与传热问题研究
多相流的流体力学与传热问题研究随着科学技术的不断发展，多相流的流体力学与传热问题的研究日益重要。
多相流是指在同一空间内流动的两种或两种以上的物质，如气体、液体、固体等，这些物质之间既可能相互分离，也可能发生相互作用。
多相流动现象广泛存在于自然界和工业生产中，并且共同影响着物理过程的性质和特征。
多相流体的流体力学与传热问题研究的探究深入，有助于提高各种工业过程的效率和安全性。
一、多相流流体力学的基本概念多相流体的流体力学是研究不同物质之间的相互作用和流动规律，描述了多种物质之间的各种相互影响，这种相互作用和流动规律可以通过复杂的数学模型进行描述。
多相流体流动的基本概念可归纳为：1. 相分离：各种物质之间的分离和联合作用，包括气体、液体、固体等；2. 流动及变形：沿着流体流动路线的运动，并伴随着变形，例如液滴、气泡等；3. 相互作用：流体之间相互作用的行为，如表面张力、电荷效应等；4. 界面传递：相邻相之间的物质传递现象，如气体在液体中的溶解，气泡在液体中的传递等。
二、多相流传热问题研究的现状多相流传热问题研究主要是研究多相流动中物质热传递的特征和规律，对于众多的多相流领域具有重要的意义。
多相流体的热传递是由多种机制组合成的。
这些机制包括：1. 热传导：热通过固体或液体物质传导的现象；2. 对流传热：热通过流体流动被传递的现象；3. 强化传热：由于多相流情况下，相互作用与相互传递促进的传热机制。
多种重要的多相流传热问题已经引起了工业界和学术界的广泛关注，例如油气输送、制冷空调、核反应堆等，而研究表面润湿、物质传递和相变等问题也是多重要的问题。
三、多相流体的建模方法为了研究多相流体的流体力学与传热问题，需要基于理论模型进行研究和解析。
根据实际情况，可以采用以下几种多相流体的建模方法：1. 直接数值模拟法：它是通过精确求解微分方程或差分方程来实现的。
在多相流领域中，几乎所有的直接数值模拟都是基于计算流体力学（CFD）方法。
流体力学中的流动与传热耦合
流体力学中的流动与传热耦合引言流体力学是研究流体运动规律的科学，而传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
在许多实际应用中，流体力学和传热是密切关联的，两者之间存在着耦合关系。
本文将探讨流体力学中流动与传热的耦合问题，包括热传递的基本原理、耦合方程的建立以及数值模拟方法。
热传递的基本原理热传递是指热能从高温区域传递到低温区域的过程，其基本原理可归纳为三种传热方式：导热、对流和辐射。
导热导热是指热能通过物质内部的分子传递的过程。
根据傅里叶热传导定律，导热速率正比于温度梯度。
在流体力学中，热传导的数学模型可以表示为：$$ \\mathbf{q} = -k\\cdot \ abla T $$其中，$\\mathbf{q}$为热流密度，k为热导率，ablaT为温度梯度。
这个方程描述了流体中的热传导过程。
对流对流是指热能通过流体的流动传递的过程。
对流传热由于流体的运动而产生。
在流体力学中，对流传热的数学模型可以表示为：$$ \\mathbf{q} = h\\cdot (T-T_f) $$其中，$\\mathbf{q}$为热流密度，ℎ为对流换热系数，T为物体表面的温度，T f为流体的温度。
这个方程描述了流体中的对流传热过程。
辐射辐射是指热能通过电磁波的辐射传递的过程。
辐射传热不需要介质的存在，可以在真空中传递。
在流体力学中，辐射传热的数学模型可以表示为：$$ \\mathbf{q} = \\sigma\\cdot\\epsilon\\cdot (T^4-T_f^4) $$其中，$\\mathbf{q}$为热流密度，$\\sigma$为斯特藩-玻尔兹曼常数，$\\epsilon$为辐射率，T为物体表面的温度，T f为流体的温度。
这个方程描述了流体中的辐射传热过程。
耦合方程的建立在流体力学中，流动和传热是密切关联的，两者之间存在耦合关系。
当流体中存在温度梯度时，热量会通过流动而传递。
同样地，当流体中存在流动时，流体颗粒之间的热量也会通过对流传递。
东北大学流体力学与传热学-5
1 1 h1 h2
1
传热系数
例题 5-2
一根水平放置的蒸汽管道， 其保温层外径d=583 mm，外表面实 测平均温度及空气温度分别为 t w 48 C , t f 23 C，此时空气与
管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数 h=3.42 W /(m2 K), 保温层外表面的发射率
4) 导热系数 表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度有关。
例题 5-1 一块厚度δ=50 mm 的平板， 两侧表面分别维持在 t w1 300℃,
t w 2 100℃, 试求下列条件下的热流密度。
(1) 材料为铜，λ=375 w/(mK );
t
t w1
dt
dx
(2) 材料为钢， λ=36.4 w/(mK );
Φ A dt dx
热流密度
q
dt A dx
（一维稳态平板内导热）
上式称为傅里叶定律，号称导热基本定 律，是一个一维稳态导热。
其中 ，：热流量，单位时间传递的热量[W]； q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量[W/m2] ； A：垂直于导热方向的截面积[m2]； ：导热系数（热导率）[W/(m· K)]。
0.9
问：（1） 此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式； （2）计算每米长度管道的总散热量。
·谢 谢 同 学·Βιβλιοθήκη q htΦ hAt
其中 h —表面传热系数（对流换热系数） w/ (m2· k)
4)
h 的物理意义
①
单位温差作用下通过单位面积的热流量 与布置，而且还与流速有密切的关系。
② 它不仅取决于流体的物性等以及换热表面的形状、大小