对 流 推导的前提（或适用条件）
微 （1）不可压缩流体 分 （2）牛顿流体 方 （3）常物性流体、各向同性
u
影 响
流程平均温度、主流区温度
与
规 （3）几何——定性尺寸
律
直内径、水力直径、板长、管外径
对流换热分类小结
第12讲 对流换热概论及微分方程
4.1 近壁处的换热过程
4 当粘性流体在壁面上流动时， 对 由于粘性的作用 流 （1）在靠近壁面处，离壁距 微 离越短，流速越小； 分 （2）在贴壁处被滞止，处于 方 无滑移状态 程 （即：y=0, u=0）； 的 建 （3）在这极薄的贴壁流体层中，流体无法掺混，只有 立 分子扩散，热量只能以导热方式传递。
第12讲 对流换热概论及微分方程
3.1 对流换热的两个基本过程
3
对 流 换
对流换热 = 热对流（掺混）+ 导热
q h t f tw
热
的
影
响
与
规
律
第12讲 对流换热概论及微分方程
3.2 对流换热两个过程影响因素
3
对 流
（1）流速——流动起因、状态
换 （2）物性——
热
的 影
（2）几何——D L ks
响 ——描述几何边界的
与 规
一个特征尺寸
律
第12讲 对流换热概论及微分方程
3.6 对流换热影响参数的特征参数
3
对 h f u , , cp , , , , , D , L , ks , tw , t f
流
换 （1）流速——特征流速
热
平均流速、主流区速度、最大流速等
的 （2）物性——定性温度
第12讲 对流换热概论及微分方程
2.5 对流换热的核心问题
（1）如何确定对流表面放热系数 h ——下一章重点
2 对
查手册——无因次准则、定型尺寸、定性温度、特征速度
流 数值模拟——微分方程及边界描述
换
热 概 （2）如何增强或削弱对流换热——本章重点 论 影响因素：流体物性、几何边界、流动状态
影响趋势与程度：增大、减小、主次
第5章 对流换热分析
哈尔滨工业大学 张承虎 2013 / 04 / 22
内容安排
• 作业：P145-148
• 题号：2、5、7、8、11、12、16
•
21、22、23、27、28、31
内容安12讲 对流换热概论及微分方程
内
第1节 的全部 第2节 的全部
容 • 第13讲 边界层理论及应用
2.1 对流换热的定义与热对流
对流换热——
2 是指流体流经固体时流体与固体表面之间的热量传递 对 现象。 流 换 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热； 热 不是基本传热方式。 概 论 对流换热在专业中的体现：
外墙、锅炉加热管、换热器、太阳能热水器、散热器
第12讲 对流换热概论及微分方程
2.2 对流换热在专业中的体现
根据傅里叶定律：
第12讲 对流换热概论及微分方程
4.1 近壁处的换热过程
4 对流换热过程微分方程式：
对
流
微
分
方
程
的 hx — 壁面x处局部表面传热系数 W（m2 C)
建 立
给出近壁处的温度场为：
能否求出hx，为什么？
第12讲 对流换热概论及微分方程
4.1 近壁处的换热过程
4 对流换热过程微分方程式：
2 对 流 换 热 概 论
外墙、锅炉加热管、换热器、太阳能热水器、散热器
第12讲 对流换热概论及微分方程
2.3 对流换热的特点
2 (1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 对 流 (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动，也 换 必须有温差 热 概 (3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴 论 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
第12讲 对流换热概论及微分方程
2.4 对流换热基本公式及其意义
牛顿冷却公式：
2 对 流 （1）关于那个温度减那个温度 换 （2）关于流体温度和壁面温度的平均意义和局部意义 热 概 （3）关于h的存在平均意义和局部意义 论 （4）实际上：q与温差并不成正比
（5）实际上：h与温度有关，也与边条有关，很复杂 （6）将对流换热的问题都集中到h身上，解析困难
3.4 对流换热——物性参数的差异
3
对 单相换热（Single phase heat transfer）：
流 （1）物性参数不会发生质的变化 换 （2）没有潜热释放
热
的 相变换热（Phase change）：
影 （1）物性参数发生质的变化 响 （2）伴随有潜热释放 与 （3）凝结、沸腾、升华、凝固、融化等
规
律
h相变 h单相
第12讲 对流换热概论及微分方程
3.5 对流换热——几何参数
3
对 边界对流动的限制作用、削弱掺混！
流 （1）边界之间的距离——狭缝、圆管、尖角 换 （2）边界的长度——管长、板长、外掠管周长 热 （3）边界的状态——粗糙度 的 （4）边界的方向——自然对流、立管与水平管
影 定型尺寸
响
与
规
律
第12讲 对流换热概论及微分方程
3.3 对流换热——流动的起因与状态
3
对 自然对流：
流 流体因各部分温度不同而引起的密度差
换 异所产生的流动
热
的 强制对流：
影 由外力（如：泵、风机、水压头）作用
响 所产生的流动
与
规 律
h强制 h自然
第12讲 对流换热概论及微分方程
3.3 对流换热——流动的起因与状态
3
对 流 换
层流（Laminar flow）： 整个流场呈一簇互相平行的流线
热
的 影 响
湍流（Turbulent flow）： 流体质点做复杂无规则的运动
与
规
h湍流 h层流
律
第12讲 对流换热概论及微分方程
3.4 对流换热——物性参数的差异
3
对
流
换
热
的
影
响
与
规
律
第12讲 对流换热概论及微分方程
对
流
微
分
方 程
hx — 壁面x处局部表面传热系数
W（m2 C)
的 hx 取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度
建 立
温度场决定——温度梯度、流体温度tf
温度场取决于——速度场、边界条件、物性、几何条件
第12讲 对流换热概论及微分方程
4.2 方程推导的前提（适用）条件
4 详细推导过程了解、掌握推导方法和结论
安
第3节 的全部
排 • 第14讲 近似积分方法及类比方法
第4节 的全部 第5节 的全部
第12讲 对流换热概论及微分方程
1 本讲的主要内容安排与介绍
（1）对流换热概论
1 本 （2）对流换热的影响因素与规律 将 内 （3）对流换热微分方程的建立 容
（4）对流换热微分方程的特点
第12讲 对流换热概论及微分方程