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1、目的：确定h,确定h,解析求解,实验法,量级分析法,边界层数学方程,主流区数学描述,有关概念、术语.,对流换热量：或,影响对流换热因素：,数值求解,5-1 对流传热概说,三方面内容：,对流换热分类,一、影响对流换热的因素,强迫对流,1）流体流动的原因,影响对流换热的因素,研究对流换热的方法,自然对流,有相变（潜热）,2）流体有无相变,无相变（显热）,层流（扩散）,3）流动的流动状态,湍流（微团掺混）,h强h自,h有相变h无相变,h湍流h层流,速度，边界层厚度,4）流速,5）换热表面的几何因素,，/,6）流体的物性,a，快,cp，载热能力,h,，/,h,7）温度 t物性,20水中、空气中不同感觉
2、,二、对流换热分类,对流换热,有相变,沸腾,凝结,管内,管外,管内,大容器,无相变,强迫,自然,有限空间,大空间,外,内,混合,圆管内,平板,单管,管束,射流,其它形状管道内,三、研究对流换热的方法（确定h的方法）,四种：1）分析法；2）实验法；3）比拟法；4）数值法,1）分析法,解析：二维、楔形流、平板,边界层积分方程（近似解析）,2）实验法,为了减小实验次数，提高实验测定结果的通用性，相似原理指导下进行实验,3）比拟法,解决湍流问题 动量热量；阻力系数传热系数,4）数值计算,近30年发展起来的,四、对流换热数学描述,粘性作用，速度边界层（速度激烈变化的薄层）。靠近壁面的地方速度逐渐减小，而
3、在贴壁处流体将被滞止而处于无滑移状态。,贴壁处这一极薄的流体层相对于壁面是不流动的，壁面与流体之间的热量传递必须穿过这个流体层，而穿过不流动的流体层的热量传递方式只能是导热。,t=tw-tf,twtf,h,t,能量方程(u,v,w),连续方程,动量方程,5-2 对流传热问题的数学描述,动量方程动量守恒,能量方程的建立,流体力学,连续方程质量守恒,能量方程能量守恒,1）二维；2）不可压缩=Const、牛顿流体；3）常物性，无内热源；4）忽略粘性耗散热；5）一般工程问题（低流速）6）连续流体。,假设：,换热微分方程,坐标系选取及微元体建立：,取微元体dx,dy。它是固定在空间一定位置的一个控制体，
4、其界面上不断地有流体进、出，是热力学中的一个开口系统。,物理模型：,能量守恒,净导入+净流入=热力学能变化,dx,dy,导入微元体的热量：,导出微元体的热量：,x向:,y向:,x向:,y向:,数学模型,dx,dy,流入微元体的热量：,x向:,y向:,流出微元体的热量：,利用连续方程：,忽略高阶无穷小量(dx)2、(dy)2、(dxdy),dx,dy,非稳态项热力学能量变化,对流项（对 流）,扩散项（导热）,不可压、常物性、无内热源、二维,净导入+净流入=热力学能变化,讨论：,2）对流换热,导热,对流,3）当u=v=0，流体静止，退化为导热微分方程,1）内热源，上式右端加上,机理,净导入+净流入
5、+内热源=热力学能变化,对流换热数学描述：不可压缩、常物性、无内热源、二维,质量守恒,动量守恒,能量守恒,其中：Fx、Fy是体积力在x，y方向的分量,换热微分方程,5-3 对流换热的边界层微分方程组,：在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层,速度边界层,：由u=0u=99%u；y=,边界层厚度,的量级,20空气流过平板，的变化，(x)相对于l=1.1m,是一个比l小一个数量级以上的小量。,层流：,湍流：,流体做有秩序的分层流动，各层互不干扰，只有分子扩散，无大微团掺混,流体微团掺混，紊乱的不规则脉动,湍流边界层,层流府层,缓冲层,湍流核心,:速度梯度较大、分子扩散导热,:导热+对流,:质点脉
6、动强化动量传递，速度变化较为平缓对流,临界转变点xc：,层流湍流,临界判据：,层流湍流,5105,采用雷诺数作为判据的原因：,边界层理论的四个基本要点,1）当粘性流体沿固体表面流动时，流场可分为主流区和边界层区。边界层区域内，流速在垂直于壁面的方向上发生剧烈的变化，而在主流区流体的速度梯度几乎等于0,2）边界层厚度与壁面尺寸l相比是一个很小的量，远小于比l小一个数量级的量,3）主流区的流动可视为理想流体的流动，用描述理想流体的运动微分方程求解。而在边界层内应考虑粘性的影响，要用粘性流体的边界层微分方程描述。,4）在边界层内流动状态分层流与湍流，而湍流边界层内紧靠壁面处仍有极薄层保持层流状态，称
7、为层流府层,热边界层：,热边界层厚度t：,流体的温度在壁面的法线方向上发生剧烈的变化，而在此薄层以外，流体的温度梯度几乎为0固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层，t,t:tw99%t,t量级：,除液态金属及高粘性流体外，t,主流区：,温度变化率视为0,热边界层区：,温度变化率较大,速度边界层与温度边界层,一、边界层内微分方程组,l，若l1，,u：0u，若u1，v 2,x：0l，则x1，a 2,y：0，则y,t：twt，则t1,连续方程：,v,量级分析法：,通过比较方程式中各项数量级的相对大小，把数量级较大的项保留下来，而舍去数量级较小的项，实现方程的合理简化。,NS方程：,二维、问题、忽
8、略体积力,x方向：,1,1,1,1/2,1,1,x方向：,1）y向的动量方程略去；2）；3）,y方向：,1/,y方向：,能量方程：,1,1,1,1/2,1,能量守恒：,二维、稳态、无内热源边界层换热微分方程组：,质量守恒,动量守恒,能量守恒,换热系数,二、平板表面边界层微分方程解析解,若忽略dp/dx项，即dp/dx=0；对平板方程组求解,令：,准则方程，关联式，特征方程,普朗特数,努赛尔数,雷诺数,三、与t关系,y=0；u=uw=0,t=twy；u=u，t=t,边界条件：,比较,无量纲化：,三、与t关系,y=0；u=uw=0,t=twy；u=u，t=t,边界条件：,比较,无量纲化：,比较,边界条件：,若,动量方程和能量方程无量纲形式完全相同,当,热边界层厚度的定义与流动边界层厚度的定义相同，即t=,反应热边界层与流动边界层的相对关系,液态金属 Pr:0.01,t,气体 Pr:0.60.7,t,液体 Pr:0.64000,对于高Pr的油，Pr：102103 t,
