对流换热课件.ppt

對流換熱5-1對流換熱概說對流換熱以牛頓冷卻公式為基礎，公式的具體形式為：（5-1a）對於面積為A的接觸面，換熱量為：(5-1b)影響對流換熱的因素歸納起來可以分為以下五個方面。(1)流體流動的起因強制對流換熱與自然對流換熱。(2)流體有無相變有相變的換熱過程中，相變熱(潛熱)起主要作用。(3)流體的流動狀態層流及湍流。(4)換熱表面的幾何因素圖5-la所示的管內強制對流流動與流體橫掠圓管的強制對流流動與圖5-lb所示的水準壁，熱面朝上散熱的流動與熱面朝下散熱的流動就截然不同。（5-2）圖5-2給出了目前常見的對流換熱的分類方法。(5)流體的物理性質流體的熱物理性質對於對流換熱有很大的影響。表徵對流換熱強弱的表面傳熱係數取決於多種因素。把高速流動排除在外，單相強制對流換熱表面傳熱係數可表示為：研究對流換熱的方法大致有以下四種:(1)分析法；(2)實驗法；(3)比擬法；(4)數值法。分析法：主要是指對描寫某一類對流換熱問題的偏微分方程及相應的定解條件進行數學求解，從而獲得速度場和溫度場的分析解的方法。通過實驗獲得的表面傳熱係數的計算式仍是目前工程設計的主要依據。為了減少實驗次數、提高實驗測定結果的通用性，傳熱學的實驗測定應當在相似原理指導下進行。比擬法：是指通過研究動量傳遞及熱量傳遞的共性或類似特性，以建立起表面傳熱係數與阻力係數間的相互關係的方法。對流換熱的數值求解方法:對對流換熱進行離散求解的一種方法。難點：對流項的離散及動量方程中的壓力梯度項的數值處理。在貼壁處流體沒有相對於壁面的流動，在流體力學中稱為貼壁處的無滑移邊界條件。圖5-3示意性地表示了這種近壁面處流速的變化。貼壁流體層的導熱量按照傅裏葉定律可得（5-3）將牛頓冷卻公式(5-la)與上式聯立，即得以下關係式:（5-4）它把對流換熱表面傳熱係數與流體的溫度場聯繫起來，是求解對流換熱係數的重要方法。5-2對流換熱問題的數學描寫求解對流換熱問題應該包括品質守恆、動量守恆及能量守恆這三大守恆定律的數學運算式，此外還必須指出對流換熱微分方程組的定解條件。對流換熱問題的簡化:(1)流動是二維的；(2)流體為不可壓縮的牛頓型流體；(3)流體物性為常數、無內熱源；(4)粘性耗散產生的耗散熱可以忽略不計。以圖5-4所示微元體是熱力學中的一個開口系統。根據熱力學第一定律，有(5-5)流體流過微元體時位能及動能的變化均可以略而不計，流體也不作功，於是有(a)對於二維問題，在時間內由導熱進入微元體的熱量為：(b)而在相同的內由x+dx處的截面流出微元體的焓為由於流體流出、流進微元體所帶入帶出的焓差以x方向為例，在時間內由x處的截面進入微元體的焓為在時間內，微元體中流體溫度改變了，其熱力學能的增量為(c)（d）(e)將兩式相減得時間內在x方向上由流體淨帶出微元體的熱量，略去高階無窮小後為(f)同理，y方向上的相應運算式為(g)於是，在單位時間內由於流體的流動而帶出微元體的淨熱量為(h)將式(b)、(c)、(h)代入式（a）並化簡，即得二維、常物性、無內熱源的能量微分方程：（5-6）說明：(1)、流體中有強度為內熱源，式(5-6)右端需加上。(2)、式(5-6)表明，對流換熱由對流項和導熱項完成。(3)當流體靜止時，式(5-6)即退化成為常物性、無內熱源的導熱微分方程。