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1、高等传热学 Advanced Heat Transfer,一、工程背景,1.暖气管散热,4.冰箱(冰箱里食物不要装得太满),2.室外变压器散热,3.事故条件下核反应堆散热,5.电子器件冷却,Chap 5 Natural convection,高等传热学 Advanced Heat Transfer,高等传热学 Advanced Heat Transfer,二、现象及特点,1.定义：自然对流是由于流体中各部分密度不均匀而引起的一种流动与传热现象，其流动与传热过程不可分割地联系在一起,驱动力：温度场不均匀;重力作用,不均匀的温度场不一定引起自然对流,与强制对流不同，不依靠泵或风机等外力推动,2.理
2、解,传热很弱，通常为主要热阻，但经济、安全、平静,物体表面上总换热量常需同时考虑与周围气体间的自然对流以及与周围其它表面间的辐射换热(50%),高等传热学 Advanced Heat Transfer,3.自然对流换热现象的速度与温度分布特点,Tw T,高等传热学 Advanced Heat Transfer,层流,湍流,判别流态的特征数是Gr数，类比于Re数，不是(GrPr),4.自然对流的两种流动形态,5.分类,大空间(边界层不受干扰)(infinite space),有限空间(空间大小对换热效果有影响)(natural convection in enclosure),高等传热学 Adv
3、anced Heat Transfer,6.两种最简单而典型的有限空间自然对流,竖夹层(双层窗),水平夹层(太阳能集热器的空气夹层),高等传热学 Advanced Heat Transfer,特点：夹层厚度对流动开展有重要影响，冷热面温差是引起流动的动力，一般以为特征长度，(th - tc)为计算Gr的温差,高等传热学 Advanced Heat Transfer,5-1 Governing equations,1.边界层方程,浮升力(buoyancy force)是体积力与密度差综合作用结果,自然对流速度较小，忽略能量方程中黏性耗散项和压力变化项,高等传热学 Advanced Heat Tr
4、ansfer,2.Boussinesq假设,除浮升力项外，其余各项中物性为常数，连续方程，动量方程及能量方程都可作为不可压缩的常物性方程处理,密度差仅受温度变化的影响，而不考虑压力影响,自然对流与强制对流边界层区别：自然对流边界层外流体压力为静压力；边界层外流体速度为零,高温差自然对流或 很大的自然对流，仍按变物性处理， Boussinesq假设要求,高等传热学 Advanced Heat Transfer,5-2 Similarity solutions for laminar boundary layer over a vertical flat plate,1.Tw=const,如果原偏
5、微分方程存在相似解，则可转化为常微分方程，需要无量纲坐标以及无量纲流函数，但自然对流流速未知，且主流速度为零。,但浮升力与惯性力具有相同的量纲,高等传热学 Advanced Heat Transfer,为使所得到的常微分方程形式更简单，可采用下列无量纲数,高等传热学 Advanced Heat Transfer,非线性常微分方程，数值积分方法耦合求解,高等传热学 Advanced Heat Transfer,换热,无量纲化,上式解的近似函数表达式(Ede A.J.)：,高等传热学 Advanced Heat Transfer,高等传热学 Advanced Heat Transfer,2. qw
6、=const,Introduce,高等传热学 Advanced Heat Transfer,If n=0,UWT,If n=1/5,UHF,Fujji推荐：,高等传热学 Advanced Heat Transfer,3. 讨论,高等传热学 Advanced Heat Transfer,Chap 6 Film Condensation,膜状凝结:沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动。,高等传热学 Advanced Heat Transfer,高等传热学 Advanced Heat Transfer,边界层微分方程组：,一、Nusselt竖壁层流膜状凝结理论解,边界条件：,高等传热学 A
7、dvanced Heat Transfer,高等传热学 Advanced Heat Transfer,高等传热学 Advanced Heat Transfer,二、Nusselt层流膜状凝结理论解修正,假设膜内温度线性分布,Bromley:考虑液膜从汽液界面ts冷却至壁面温度tw放出的显热,高等传热学 Advanced Heat Transfer,Rohsenow:还考虑由于对流热量传递引起的液膜中非线性温度分布,1879-1955,高等传热学 Advanced Heat Transfer,三、竖壁层流膜状凝结相似解,Sparrow:考虑液膜内动量变化，边界层对流换热微分方程组,液膜的热平衡，气液界面处蒸汽凝结潜热壁面处换热量凝结液在x界面带走热量,高等传热学 Advanced Heat Transfer,引入：,高等传热学 Advanced Heat Transfer,高等传热学 Advanced Heat Transfer,Sparrow相似解Rohsenow修正式Nusselt理论解,
