《热工基础》课程PPT教学课件（传热学）第四章 对流传热原理

传热学第四章对流传热原理

传热学 第四章 对流传热原理

4-1对流传热概述·对流传热流体流过固体壁时的热量传递。·对流传热可分为。单相流体(无相变)对流传热。有相变(凝结和沸腾)流体的对流传热。单相流体对流传热按流动原因可分为：·强迫对流传热·自然对流传热

4-1 对流传热概述  对流传热 ◦ 流体流过固体壁时的热量传递。  对流传热可分为 ◦ 单相流体(无相变)对流传热 ◦ 有相变(凝结和沸腾)流体的对流传热 ◦ 单相流体对流传热按流动原因可分为：  强迫对流传热  自然对流传热

4-1对流传热概述·牛顿冷却公式。对流传热量表示为Φ= hAαt·A：对流传热面积·^t：温差·h：对流传热系数

4-1 对流传热概述  牛顿冷却公式 ◦ 对流传热量表示为  A：对流传热面积  ：温差  h : 对流传热系数  = hAt t

4-1对流传热概述·影响对流传热系数的因素。流动的起因。流动速度。流体有无相变。壁面的几何形状、大小和位置。流体的热物理性质·综上所述，影响对流传热系数h的主要因素，可定性的用函数形式表示为h = f(v,l, a,p, Cp,n或v,αv,P)。一壁面的几何形状因素，包括其形状、位置等。1一描述壁面大小的几何图形

4-1 对流传热概述  影响对流传热系数的因素 ◦ 流动的起因 ◦ 流动速度 ◦ 流体有无相变 ◦ 壁面的几何形状、大小和位置 ◦ 流体的热物理性质  综上所述，影响对流传热系数h的主要因素，可定性 的用函数形式表示为 ◦ — 壁面的几何形状因素，包括其形状、位置等 ◦ — 描述壁面大小的几何图形 h = f (v,l,, ,cp,或,v,) l 

4-1对流传热概述1.0(a)o图4-1壁面几何因素的影响

4-1 对流传热概述  图4-1 壁面几何因素的影响

4-1对流传热概述·确定对流系数h的函数关系式的途径。（I)理论解法·理论解法是在所建立的边界层对流传热微分方程组的基础上，通过数学分析解法、积分近似解法、数值解法和比拟解法求得对流传热系数h的表达式或数值。。分析解法至今只能解决一些简单的对流传热问题，大部分对流传热问题还无法解决。数值解法是一种很有前途的计算方法，但目前只能作预测计算

4-1 对流传热概述  确定对流系数h的函数关系式的途径 ◦ (1)理论解法  理论解法是在所建立的边界层对流传热微分方 程组的基础上，通过数学分析解法、积分近似 解法、数值解法和比拟解法求得对流传热系数 h的表达式或数值。  分析解法至今只能解决一些简单的对流传热问 题，大部分对流传热问题还无法解决。  数值解法是一种很有前途的计算方法，但目前 只能作预测计算

4-1对流传热概述·确定对流系数h的函数关系式的途径。(2)实验解法·实验解法是通过边界层对流传热微分方程组无量纲化或对式h=f(v,l,,P,Cp,n或,αv,)进行量纲分析，得出有关的相似特征数，在相似原理的指导下建立实验台和整理实验数据，求得各特征数间的函数关系，再将函数关系推广到与实验现象相似的现象中去。·实验解法是研究对流传热问题最早的一种方法目前仍是研究对流传热的一种主要可靠的方法，由此得到的实验关联式仍是传热计算，尤其是工程上传热计算普遍使用的计算式

4-1 对流传热概述  确定对流系数h的函数关系式的途径 ◦ (2)实验解法  实验解法是通过边界层对流传热微分方程组无 量纲化或对式 进行 量纲分析，得出有关的相似特征数，在相似原 理的指导下建立实验台和整理实验数据，求得 各特征数间的函数关系，再将函数关系推广到 与实验现象相似的现象中去。  实验解法是研究对流传热问题最早的一种方法， 目前仍是研究对流传热的一种主要可靠的方法， 由此得到的实验关联式仍是传热计算，尤其是 工程上传热计算普遍使用的计算式。 h = f (v,l,, ,cp,或,v,)

4-2流动边界层和热边界层·流动边界层的特性流体雷诺数Re较大时，流动边界层厚度与物体的几何尺寸相比很小：。流体流速变化几乎完全在流动边界层内，而边界层外的主流区流速几乎不变化：。在边界层内，粘性力和惯性力具有相同的量级，它们均不可忽略；。在垂直于壁面方向上，流体压力实际上可视为不变，即dp/dy=0;。当雷诺数大到一定数值(临界雷诺数Rec)时，边界层内的流动状态可分为层流和流。前部为层流边界层，后部为瑞流边界层。在流边界层中，壁面附近有一层极薄的层流底层

4-2 流动边界层和热边界层  流动边界层的特性 ◦ 流体雷诺数Re较大时，流动边界层厚度与物体的 几何尺寸相比很小； ◦ 流体流速变化几乎完全在流动边界层内，而边界 层外的主流区流速几乎不变化； ◦ 在边界层内，粘性力和惯性力具有相同的量级， 它们均不可忽略； ◦ 在垂直于壁面方向上，流体压力实际上可视为不 变，即 ； ◦ 当雷诺数大到一定数值(临界雷诺数 )时，边 界层内的流动状态可分为层流和湍流。前部为层 流边界层，后部为湍流边界层。在湍流边界层中， 壁面附近有一层极薄的层流底层。 p / y = 0 Re c

4-2流动边界层和热边界层12.3·在流体对流传热的情况下，流体与壁面间存在着传热温差。·在垂直于壁面的方向上，在靠近壁面处流33体温度变化很激烈，随着y的增加变化逐渐缓和。T07100771777777777771777777770tu图4-2流体被冷却时的热边界层

4-2 流动边界层和热边界层  在流体对流传热的情 况下，流体与壁面间 存在着传热温差。  在垂直于壁面的方向 上，在靠近壁面处流 体温度变化很激烈， 随着y的增加变化逐 渐缓和。 图4-2 流体被冷却时的热边界层

4-2流动边界层和热边界层·流体纵掠平壁时热边界层的形成和发展与流动边界层相似。13流动边界层外摄中热边界层外编图4-3流体纵掠平壁时热边界层的形成和发展

4-2 流动边界层和热边界层  流体纵掠平壁时热边界层的形成和发展与流 动边界层相似。 图4-3 流体纵掠平壁时热边界层的形成和发展