西安交大高等传热学热对流第五章ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer一、工程背景一、工程背景1.1.暖气管散热暖气管散热4.4.冰箱冰箱( (冰箱里食物不要装得太满冰箱里食物不要装得太满) )2.2.室外变压器散热室外变压器散热3.3.事故条件下核反应堆散热事故条件下核反应堆散热5.5.电子器件冷却电子器件冷却 Natural convection我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世

2、界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer二、现象及特点二、现象及特点1.1.定义：自然对流是由于流体中各部分密度不均匀而定义：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引起

3、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分割地联系在一起驱动力：温度场不均匀驱动力：温度场不均匀; ;重力作用重力作用不均匀的温度场不一定引起自然对流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与强制对流不同，不依靠泵或风机等外力推动2.2.理解理解传热很弱，通常为主要热阻，但经济、安全、平静传热很弱，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自然对流以及与周围其它表面间的辐射换热(50%)(50%)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖

4、的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer3.3.自然对流换热现象的速度与温度分布特点自然对流换热现象的速度与温度分布特点Tw T我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer层流层流湍流湍流判别流态的特征数是判别流态的特征

5、数是Gr数，数，类比于类比于Re数，不是数，不是( (GrPr)4.4.自然对流的两种流动形态自然对流的两种流动形态5.5.分类分类大空间大空间( (边界层不受干扰边界层不受干扰) )(infinite space)有限空间有限空间( (空间大小对换热效果有影响空间大小对换热效果有影响) )(natural convection in enclosure)TTw Tylaminarturbulentx我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Trans

6、fer Advanced Heat Transfer6.6.两种最简单而典型的有限空间自然对流两种最简单而典型的有限空间自然对流竖夹层竖夹层( (双层窗双层窗) )水平夹层水平夹层( (太阳能集热器的空气夹层太阳能集热器的空气夹层) )12534冷却水流过Tw2Tw1qTw1Tw2Hq我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer特点：夹层厚度对流动开展有重要影响，冷热面温差特点：夹层厚度对流动

7、开展有重要影响，冷热面温差是引起流动的动力，一般以是引起流动的动力，一般以为特征长度，为特征长度，(th - tc)为计为计算算Gr的温差的温差32GrhcgttNuh2hcrmttttGr,纯导热向层流特征过渡的流动(环流)层流特征流动湍流特征流动2860Gr2430，竖夹层夹层换热为纯导热，水平夹层我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer5-1 Governing equations1

8、.1.边界层边界层方程方程pTTtcuvxyyy()()guudpuuvxydxyy 0uvxydupdpguxdxdx )()uuuuvgxyyy（浮升力浮升力( (buoyancy force) )是体积力与密度差综合作用结果是体积力与密度差综合作用结果Tw T y x 自然对流速度较小，自然对流速度较小，忽略能量方程中黏性忽略能量方程中黏性耗散项和压力变化项耗散项和压力变化项我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanc

9、ed Heat Transfer2.2.Boussinesq假设假设除浮升力项外，其余各项中物性为常数，连续方程，动除浮升力项外，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，而不考虑压力影响密度差仅受温度变化的影响，而不考虑压力影响11TTT 22uuuxyyuvgTT自然对流与强制对流边界层区别：自然对流边界层外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高温差自然对流或 很大的自然对流，

10、仍按变物性处理，很大的自然对流，仍按变物性处理， Boussinesq假设要求假设要求1TT我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer5-2 Similarity solutions for laminar boundary layer over a vertical flat plate1.1.Tw=constBC:0:0,0, :0,wyuvTTyuTT gTTx速度与具有相同量纲如果原

11、偏微分方程存在相似解，则可转化为常微分方程，如果原偏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。知，且主流速度为零。但浮升力与惯性力具有相同的量纲但浮升力与惯性力具有相同的量纲我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat TransfergTTxuyyxx为使所得到的常微分方程形式更简单，可采用下列

12、无量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纲数1 431 42GrxygTxyxx1 41 423GrxfuxgTx 1 4Gr4xyyH xx1 44 Gr4xfGxwTTTT 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer fuG xH x fyfy 3144G xG xvfG xffxxxx 2uG x Hx fy 232uG x Hx fy 24G x H xuffxx4x

13、x H xy 222Hxy2 3 20ffff 3Pr0fBC:0:0,0,1 :0,0fff 34G xff非线性常微分方程，数值积分方法耦合求解我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer换热换热无量纲化无量纲化上式解的近似函数表达式上式解的近似函数表达式( (Ede A.J.) )： 1 4Gr 04xxxh xNu 0,yxxwTyhTT 1 40,Gr4xxxhx 1 421 41

14、232PrGr4 5 12Pr2PrxxNu1 41 41 232PrRa4 5 12Pr2PrxxNu我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer14xhx自然对流，降低速率较慢12xhx外掠平板 1 40Gr144 0343LLmxLhh dxhLL 43mLNuNu我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有

15、一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer2. qw=const BC:0:0,0, :0,nwyuvTTxTcxyuTTIntroduce如果壁温按幂函数规律变化，仍然可采用相似变量转化为常微分方程nwTTcx1 44Gr4xfwTTTT 1 41 41134422 44nnygTxg cy xBy xx1224 nuB xf1 4Gr431xvnfnfx 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学

16、 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer23 210fn ffnf3Pr 4 Pr0nfnfBC:0:0,0,1 :0,0fff If n=0,UWTIf n=1/5,UHF 1 4Gr 02xxNu 43*22GrGrNuwxg q xgtx xh 1 51 5*1 2PrNuGr Pr49Pr10Prxx51400,nwyxTdqcBxyd Fujji推荐：推荐：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced H

17、eat Transfer Advanced Heat TransferTw=constqw=constDifference外掠平板外掠平板Nux0.332Rex1/2Pr1/30.418Rex1/2Pr1/326%管内层流充分管内层流充分发展发展Nu3.664.3619%二维平板充分二维平板充分发展发展Nu7.548.249%竖板自然对流竖板自然对流Nux(GrxPr)-1/4(Pr=0.7)0.3860.4414%3. 讨论讨论我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Adva

18、nced Heat Transfer Advanced Heat Transfer Film Condensation膜状凝结膜状凝结:沿整个壁面形成一层薄膜，并且在沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动。重力的作用下流动。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transferw我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表

19、里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer边界层微分方程组：边界层微分方程组：22220()sinlllluvxyuudpuuvgxydxytttuvaxyy 2222sin00lvlld ugdyd tady一、一、NusseltNusselt竖壁层流膜状凝结理论解竖壁层流膜状凝结理论解边界条件：边界条件：swttyuyttuy ,0dd 0, 0时，时，我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传

20、热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer1rwdxttdqslm1/ 4llswllv4(tt )xg sinr ww11sxsllxtthttdxdxh 2wwsin12lvlsguyyytttt我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfersin1 / 43llvlxlswgrh4( tt)x0143lxx lhh dxhl134w()

21、sin0.943llvllsgrl tt 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer二、二、NusseltNusselt层流膜状凝结理论解修正层流膜状凝结理论解修正w1 ssttytt0lpsucttdy00lpslpsducttdyucttdy dxdx0lytdxy假设膜内温度假设膜内温度线性分布线性分布00mllpsytdrdqdxucttdy dxydx Bromley: Broml

22、ey:考虑液膜从考虑液膜从汽液界面汽液界面ts冷却冷却至壁至壁面温度面温度tw放出的显热放出的显热我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer1/ 4llswpswllv4(tt )x3rc (tt ) g8 1 / 43llvlxlswgr h4( tt)xRohsenow:Rohsenow:还考虑由于对流热量传递还考虑由于对流热量传递引起的液膜中非线性温度分布引起的液膜中非线性温度分布 p

23、sw0.68 c (tt )rr 1r 10.68Jar1879-19551879-1955我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer三、竖壁层流膜状凝结相似解三、竖壁层流膜状凝结相似解Sparrow:Sparrow:考虑液膜内动量变化，边界层对流换热微分方程组考虑液膜内动量变化，边界层对流换热微分方程组 lplTTtcuvxyyy()()llvluuuuvgxyyy0uvxyBC:0:0,

24、0, :0,wsyuvTTuyTTy00000 xxxmllpsytdrdqdxucttdy dxydx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界面带走热量我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer引入：引入： swsTTTT1 4ycx,uvyx 3 44yfxac1 / 4pllvllgcc4 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢

25、？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer30 f213210Prffff:0(0) :0,0,1 uBCyffu1 4:0,0 cfx3 pswcttfr我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高等传热学高等传热学 Advanced Heat Transfer Advanced Heat Transfer0000exp(3)1exp(3) fddfdd1 400, lxlswyxThcxTTy3 40 xxh xNucx SparrowSparrow相似解相似解 RohsenowRohsenow修正式修正式 NusseltNusselt理论解理论解