14级第四章对流传热理论基础与工程.ppt

传热学补课安排 补课时间： 2016年6月16日（周四），5、6节 补课地点： 西环202 传热学考试安排 考试时间： 2016年6月26日（周日），14:30-16:30 考试地点： 石工14级1－3班：南教301 题目类型（估计）： 简答分析题：40％；计算题：60％ 注意：带学生证、计算器等 答疑：周5、6白天及周日上午，工科楼D219 第4章 对流传热的理论基础与工程计算 4.1 概述 4.2 对流传热问题的数学描述 4.3 对流传热边界层简介 4.4 对流传热实验研究的理论基础 4.5 管槽内强迫对流传热的实验关联式 4.6 外部强迫对流传热的实验关联式（不要求） 4.7 自然对流传热 4.8 凝结与沸腾传热（不要求） 4.1 概述 4.1.1 牛顿冷却定律 4.1.2 对流传热过程的影响因素 4.1.3 对流传热的分类 返回 对流传热: 对流传热量的计算（牛顿冷却公式）： 对面积为A的接触面： 式中: tm为换热面积A上的平均温差。约定q及总是取正值,因此t及tm也总是取正值. h为换热面积A上的平均表面传热系数，对应有表面上某一位置处的局部表面传热系数hx 4.1.1 牛顿冷却定律 流体流过固体壁面时，流体与固体间所发生热量交换的现象 对单位面积接触面： 研究对流传热问题的关键和难点是确定公式中的表面传热系数h. 对流传热的机理 对流传热是由流体宏观流动所产生的热量转移（热对流）以及流体中分子的微观热运动所产生的热量转移（热传导）联合作用的结果。即： 对流传热 = 热对流 + 热传导 注意“对流传热”和“热对流”概念的区别及联系。 对流传热过程的规律要比单纯的热传导过程的规律复杂。 返回 4.1.2 对流传热过程的影响因素 解决对流传热问题的关键是确定表面传热系数h。影响对流传热过程表面传热系数的因素主要包括四个方面： （1）流体流动因素，（强制还是自然，层流还是湍流） （2）流体的物理性质（密度、比热容、导热系数、粘度，对于自然对流还有体积膨胀系数） （3）换热面的几何因素（表面形状、大小、与流体运动方向的相对位置及换热表面的表面状态） （4）流体有无相变及流体介质的构成（多相流）等 返回 4.1.3 对流传热的分类 由前面分析可知，影响对流传热过程表面传热系数的因素很多，并且规律很复杂，因此不可能找到一个统一的表面传热系数的计算公式（理论或经验）能把各种复杂因素都考虑进去。 在对流传热研究的发展过程中，人们首先把对各种对流传热问题按主要影响因素分门别类，然后再对各种具体类别的对流传热问题进行针对性研究，得出其表面传热系数的计算公式。 目前常用的对流传热分类方法如下图所示。 对流传热的分类树 无相变 有相变 强制对流 自然对流 混合对流 内部流动 外部流动 圆管内强制对流传热 其它形状截面管道内强制对流传热 外掠平板对流传热 外掠单根圆管对流传热 外掠圆管管束对流传热 外掠其它形状柱体对流传热 射流冲击对流传热 大空间自然对流传热 有限空间自然对流传热 沸腾传热 凝结传热 大容器沸腾 管内沸腾 管外凝结 管内凝结 主要分类依据：有无相变（有相变的话，凝结还是沸腾）；流动起因，强制还是自然对流；换热表面几何因素，内部还是外部（外部的话，横掠还是纵掠）。 对于每种类型，处于层流还是湍流流态时，对流传热规律也不同。 注意：流体种类不是分类的依据（流体种类影响在Pr数中考虑）； 本书不涉及非稳态对流传热问题。 表中的各种典型对流传热情况的表面传热系数的量级应当记住！！！ 返回 4.2 对流传热问题的数学描述 4.2.1 对流传热微分方程式 返回 4.2.1 对流传热微分方程式 分析法和数值法得到的直接结果是流体的温度分布，但我们一般需要的是表面传热系数。两者之间有何关系？ 当粘性流体流过壁面时，在贴近壁面处存在一个静止的极薄的流体层（流体力学中的无滑移边界条件）。如图所示。 壁面与流体的热量传递必须要穿过该静止薄层。很显然，热量穿过该薄层的传递方式只有导热一种方式（忽略辐射），而不可能有热对流。 由于两式相等，故有： 整理得： 对流传热过程中，壁面与流体的对流传热量应当等于贴壁处流体薄层的导热量。不妨假定twtf，则： 对流传热量： 通过静止薄层导热量： 上式建立了流体温度场和表面传热系数之间的关系，也称为“对流传热微分方程式”，需要记住。（公式对流体被加热或被冷却均成立） 注意：它和书中式4-25的“对流传热微分方程组”（用来描述流体压力、速度和温度分布的方程组）是不同的概念。 对流传热微分方程式和导热问题的第三类边界条件形式上有些类似，它们之间的区别是什么？ 两点：h是已知还是未知，导热系数是流体的还是固体的 局部表面传热系数和平均表面传热系数 求解