杨世铭-陶文铨传热学B第5章概要.ppt

* * 第三章主要复习内容 1.零维非稳态导热的集中参数分析法 ※Bi、Fo 准则数定义、物理意义及其对无限大平壁温度分布的影响 温度分布公式的几种表达形式 * * 2.一维非稳态导热的分析法 ※非稳态导热正规状况阶段的工程计算方法 —图线法（诺谟图法） ※诺谟图的具体应用及其插值计算 ※Fo、Bi对过程影响的讨论 * * 3.半无限大物体非稳态导热的分析法 ※半无限大物体的定义 ※第一类边界条件温度场分析解 ※分析解中误差函数erfη的求取 ※当η≥2时，热边界层与惰性时间的意义 * * 第五章 对流传热的理论基础 * * 主要内容： ※对流传热问题的数学描写 ※边界层型对流传热问题的数学描写 ※流体外掠平板传热层流分析解 * * 1、影响因素 （1）流体的物性（导热系数、动力粘度、密度、比热容等）； （2）流体流动的形态（层流、湍流）； （3）流动的成因（自然对流或强制对流）； （4）物体表面的几何因素； （5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。 §5.1 对流传热概述 * * 2、对流传热现象的分类 按主要影响因素分类 * * 3、研究方法 c. 比拟法 a. 分析法 b. 实验法 d. 数值法 4、应用实例 从求解的温度场计算表面传热系数 * * §5.2 对流传热的数学描写 1、运动流体能量方程 简化条件： ※二维流动 ※不可压缩牛顿型流体 ※常特性、无内热源 ※忽略粘性耗散热 * * 微元体能量收支平衡的分析 非稳态项 对流项 扩散项 * * 讨论： ※当流体静止时 ※当为稳态对流传热时 * * 2、对流传热问题数学描写 ※控制方程式 质量守恒方程 动量守恒方程 能量守恒方程 ※定解条件 第一类边界条件 第二类边界条件 * * §5.3 边界层型对流传热问题的数学描写 1、流动边界层及其动量方程（二维） ※流动边界层及其厚度 * * * * 分类 层流边界层： 湍流边界层： 惯性力粘性力 惯性力 粘性力 ※流动边界层内的流动状态 * * ※流动边界层的几个重要特性 边界层厚度 ? 与壁面的定型尺寸L相比极小，? L 边界层内存在较大的速度梯度 边界层流态分层流与湍流；湍流边界层紧靠壁面处仍有层流特征，存在粘性底层（层流底层） 流场可以划分为边界层区与主流区 边界层区：由粘性流体运动微分方程组描述 主流区：由理想流体运动微分方程—欧拉方程描述 * * ※流动边界层内的动量方程 层流边界层内粘性流体的稳态流动动量方程 仅当流体不脱离固体表面时成立 * * 2、热边界层及其能量方程（二维） ※热边界层厚度 对流传热温度场分为：热边界层区与主流区 热边界层区 主流区 * * ※热边界层内的能量方程 二维、稳态、无内热源的热边界层能量方程可简化为 采用数量级分析法 * * 3、二维、稳态边界层型对流传热问题的数学描写 质量守恒方程 ※控制方程式 动量守恒方程 能量守恒方程 * * ※定解条件 y=0 时，u=0, v=0, t=t∞ y→∞ 时，u→u∞ , t→t∞ 若存在粘性耗散内热源，内热源可简化为 * * §5.4 流体外掠平板传热层流分析解 1、流体外掠等温平板传热的层流分析解 离开前缘x处的边界层厚度 范宁局部摩擦系数 流动边界层与热边界层厚度比 局部表面传热系数 * * 2、特征数方程 定义 变换 分析解可表示为 ※整个平板表面传热系数 * * ※ 讨论： ⅰ 称为努歇尔数 ⅱ特征长度 ：板长 ⅲ定性温度： ⅳ适用范围：层流边界层 意义：大小反映平均对流换热的强弱 * * 3、 普朗特数的物理意义 当边界条件相同时