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文档之家› 第十五章 对流换热原理共16页
第十五章 对流换热原理共16页
换热壁面上x处的局部热流密度; x处的局部温差
该处的局部对流换热系数
2.平均换热系数
q t
q
t
三、对流换热微分方程
y
x x
qx
t y
x,y0
qxxtwtf x
x
tw tf
yt x,y0
局部换热系数在整个换热面上的积分平均值为该换热面的平均 换热系数。
四、影响换热系数的因素
1.流体流动的动力因素
对流换热现象 = 流体流动的阻力规律
对流换热规律
第二节 对流换热过程的数学描述
以常物性、不可压缩流体的二维稳定流动为例的对流 换热微分方程组:
1)基于质量守恒定律的连续性微分方程
wx wy 0 x y
2)基于动量定律的动量微分方程
w x1 p
x
2xw2x
2yw2x
wx x x
wy
wx y
y1
v2
意义 壁面上流体的无量纲温度梯度 惯性力与粘性力之比 动量扩散率与热量扩散率之比 浮升力与粘性力之比
相似理论指导实验:
1.物理量的测量:流体温度、壁温及相关物性参数。 2.计算换热系数及有关准则数。
3.把实验结果整理成准则函数的形式。
Nfu(P Pw frr)0.25c(GfrPfr)n lgN [fu (P Pw frr)0.2]5lg cnlgG (fP rf)r
现象所服从的基本规律
某一具体的换热现象
对流换热现象 = 对流换热微分方程组 + 单值条件
相似理论 准则方程
3.类比法
将对流换热过程中的热量传递和动量传递相类比,用 数学关系式将两个传递现象联系起来,由流体流动的 阻力规律来求解对流换热规律。
基本规律和基本假设
理论分析或实验测试
热量传递和动量传递的类比规律
于非稳态过程;
第四节 对流换热过程的实验求解
当流速很小、Re数较低时,其准则方程
N ufRP eG r,,r
若只是受迫对流换热,则上式化简为
N ufRP e,r
若只是自然对流换热,则化简为
N ufG,Prr
常用相似准则
名称
符 定义 号
努塞尔数 Nu l
雷诺数
Re wl
普朗特数
v Pr v
a
格拉晓夫数 Gr gl 3 t
p y
2wy x2
2yw2y
wx
wy x
wy
wy y
3)基于能量守恒定律的能量微分方程
c p
(wx
t
t
2
2t y 2
{2[( w x
x
)2 (wy )2 ] y
(wx wy )2} y x
4)换热微分方程
x
twtf
x yt x,y0
对流换热过程的单值性条件: • 几何条件:换热物体的形状和尺寸; • 物性条件:流体的种类以及热物性参数; • 边界条件:流体边界面上的速度和温度; • 时间条件:初始时刻的速度和温度等;只适用
现象所服从的基本规律
某一具体的换热现象
数学分析
对流换热现象 = 对流换热微分方程组 + 单值条件
边界层方法的分析解 求近似解
离散化方法的数值解
2.实验法 经验法 利用实验测得的数据,计算出换热系数值,再利用在
该实验范围内获得的一系列值,整理成经验公式。
半经验法
根据换热现象的物理模型,用相似理论找到判别一 组相似的对流换热现象所具有的充要条件,应用大 量实验数据整理出适用于某一实验范围内的准则方 程。
第一节 对流换热系数
牛顿冷却公式: QAtwtf W
q
Q A
twtf
W/m2
一、对流换热系数
q
t
Wm2K
热流密度,约定恒取正值;
固体壁面温度tW与流体温度tf之间温差的绝对值; 对流换热系数,简称换热系数,单位为W/(m2·K)。
二、局部换热系数和平均换热系数
1.局部换热系数
x
qx tx
4.换热壁面的热状态(壁温的大小) 有相变 壁温高于流体饱和温度,发生汽化沸腾现象
无相变 对流换热系数比有相变时小得多
5.换热壁面的几何因素 换热壁面的形状、大小以及相对于流动方向的位置都 会引起换热系数的变化。
五、确定对流换热系数的方法
数学分析法、实验法和类比法
1.数学分析法 质量守恒、能量守恒和动量守恒描述一般的对流换热现象, 利用某一特定现象的单值条件,建立一个对流换热的物理 模型,进行数学分析,求得换热系数。
强迫对流
外力迫使流体产生运动,有整齐的宏观运动, 流速是决定因素。
自然对流
流体冷、热部分的密度差产生的浮升力引起, 无整齐的宏观运动,浮升力的大小是决定因素。
2. 流体流动的状态
层流
无流体微团的横向脉动,法线方向为导热
过渡状态
紊流
有流体微团的横向脉动
3.流体的热物性 导热系数、比热容c、动力粘度、密度
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