第六章单相对流传热的实验关联式优秀课件.ppt

《第六章单相对流传热的实验关联式优秀课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章单相对流传热的实验关联式优秀课件.ppt（27页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第六章单相对流传热的实验关联式第1页，本讲稿共27页第第1 1节节 相似原理相似原理第第2 2节节 相似原理的应用相似原理的应用第第5 5节节 大空间的自然对流传热实验关联式大空间的自然对流传热实验关联式本章具体内容安排：本章具体内容安排：第2页，本讲稿共27页试验是不可或缺的手段，然而，经常遇到如下两个问题试验是不可或缺的手段，然而，经常遇到如下两个问题:(1)变量太多变量太多6.1相似原理相似原理1 1 问题的提出问题的提出问题的提出问题的提出A 实验中应测哪些量（是否所有的物理量都测）实验中应测哪些量（是否所有的物理量都测）B 实验数据如何整理（整理成什么样函数关系）实验数据如何整理（整

2、理成什么样函数关系）(2)实物试验很困难或太昂贵的情况，如何进行试验？实物试验很困难或太昂贵的情况，如何进行试验？相似原理将回答上述两个问题相似原理将回答上述两个问题第3页，本讲稿共27页物理现象相似：物理现象相似：物理现象相似：物理现象相似：对于对于同类同类同类同类的物理现象的物理现象，在相应的时刻与相应的地点上与现，在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的象有关的物理量一一对应成比例物理量一一对应成比例。同类物理现象：同类物理现象：同类物理现象：同类物理现象：用用相同形式相同形式并具有并具有相同内容相同内容的微分方程式所描写的现的微分方程式所描写的现象。象。特征数方程：无量纲特征数方程：无量

3、纲量之间的函数关系量之间的函数关系2 2相似原理的研究内容：相似原理的研究内容：相似原理的研究内容：相似原理的研究内容：研究研究研究研究相似物理现象相似物理现象之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系3 3 物理现象相似的特性物理现象相似的特性物理现象相似的特性物理现象相似的特性同名特征数对应相等；同名特征数对应相等；同名特征数对应相等；同名特征数对应相等；各特征数之间存在着函数关系，如常物性流体外略平板对流换各特征数之间存在着函数关系，如常物性流体外略平板对流换各特征数之间存在着函数关系，如常物性流体外略平板对流换各特征数之间存在着函数关系，如常物性流体外略平板对流换热特征数：热特征数：热特

4、征数：热特征数：第4页，本讲稿共27页同类物理现象同类物理现象同名的已定特征数相等同名的已定特征数相等单值性条件相似：单值性条件相似：初始条件、边界条件、几何条件、物理条件初始条件、边界条件、几何条件、物理条件实验中只需测量各特征数所包含的物理量实验中只需测量各特征数所包含的物理量,避免了测量的盲目性避免了测量的盲目性解决了实验中测量哪些物理量的问题解决了实验中测量哪些物理量的问题按按特征数特征数特征数特征数之间的函数关系之间的函数关系之间的函数关系之间的函数关系整理实验数据，得到实用关联式整理实验数据，得到实用关联式解决了实验中实验数据如何整理的问题解决了实验中实验数据如何整理的问题因此，我

5、们需要知道某一物理现象涉及哪些无量纲数？它们之间的函数因此，我们需要知道某一物理现象涉及哪些无量纲数？它们之间的函数关系如何？关系如何？可以在相似原理的指导下采用模化试验可以在相似原理的指导下采用模化试验 解决了实物试验很解决了实物试验很困难或太昂贵的情况下，如何进行试验的问题困难或太昂贵的情况下，如何进行试验的问题4 4 物理现象相似的条件物理现象相似的条件物理现象相似的条件物理现象相似的条件第5页，本讲稿共27页6.2相似原理的应用相似原理的应用第6页，本讲稿共27页第8页，本讲稿共27页定型尺寸定型尺寸相似准则中表示几何特征的尺寸，如相似准则中表示几何特征的尺寸，如Re、Nu中的中的l和

6、和d。一般是：。一般是：(1)流体沿平壁流动取流动方向平壁的长度。沿流体沿平壁流动取流动方向平壁的长度。沿竖壁作自然流动时取竖壁高度。竖壁作自然流动时取竖壁高度。(2)流体绕流圆管或圆柱时，取圆管或圆柱的外径。流体绕流圆管或圆柱时，取圆管或圆柱的外径。(3)壁流体在管内流动取圆管内径。对于非圆形截壁流体在管内流动取圆管内径。对于非圆形截面的管道则取当量直径，即面的管道则取当量直径，即 de=4F/U注：注：式中式中F为管道的流通截面积；为管道的流通截面积；U为被流体润湿为被流体润湿的周长的周长定型尺寸（特征尺寸）定型尺寸（特征尺寸）第9页，本讲稿共27页(1)(1)流体平均温度流体平均温度T

7、Tf f。对于管内流动，常取。对于管内流动，常取T Tf f=(T(Tf1f1+T+Tf2f2)/2)/2，T Tf1f1和和T Tf2f2分别表示进出口截面上分别表示进出口截面上流体的平均温度。流体的平均温度。(2)(2)边界层流体的平均温度边界层流体的平均温度T Tm m。如果用。如果用T Tw w和和T Tf f分分别表示壁面和流体温度则别表示壁面和流体温度则T Tm m=(T=(Tw w+T+Tf f)/2)/2。(3)(3)壁面平均温度壁面平均温度TwTw。定性温度定性温度第10页，本讲稿共27页6.5 6.5 自然对流换热自然对流换热 只讨论最常见的在重力场中的自然对流换热只讨论最

8、常见的在重力场中的自然对流换热 产生原因：产生原因：根据自然对流所在空间的大小，其它物体根据自然对流所在空间的大小，其它物体是否影响自然对流边界层的形成和发展，区是否影响自然对流边界层的形成和发展，区分有分有大空间自然对流大空间自然对流和和有限空间自然对流有限空间自然对流。本章重点介绍大空间内的自然对流换热特点及特征数关联式本章重点介绍大空间内的自然对流换热特点及特征数关联式 第11页，本讲稿共27页以大空间内沿垂直壁面的自然对流换热为例说明。以大空间内沿垂直壁面的自然对流换热为例说明。1.大空间内自然对流换热的特点大空间内自然对流换热的特点：具有均匀温度具有均匀温度的垂直壁面位于一大空间内，

9、远离壁面处的流体处于静止状的垂直壁面位于一大空间内，远离壁面处的流体处于静止状态。态。1）边界层内的速度及温）边界层内的速度及温度分布度分布 2）自然对流边界层也有层）自然对流边界层也有层流和紊流之分流和紊流之分 最大速度位于边界层内部；最大速度位于边界层内部；壁面处温度梯度的绝对值增大；壁面处温度梯度的绝对值增大；第12页，本讲稿共27页2 自然对流换热的数学描述自然对流换热的数学描述 对于常物性、无内热源、不可压缩牛顿流体沿垂直壁面的二对于常物性、无内热源、不可压缩牛顿流体沿垂直壁面的二维稳态对流换热，应该由下面几个方程描述：维稳态对流换热，应该由下面几个方程描述：第13页，本讲稿共27页

10、动量微分方程式变为：动量微分方程式变为：浮升力根据体根据体胀胀系数系数的定义的定义：第14页，本讲稿共27页引进下列无量纲变量：引进下列无量纲变量：参考速度参考速度将上述无量纲量代入前面的微将上述无量纲量代入前面的微分方程组有：分方程组有：称为格拉晓夫数格拉晓夫数 第15页，本讲稿共27页格拉晓夫数格拉晓夫数Gr的物理意义：的物理意义：表征浮升力与粘性力相对大小，反映自然对流的强弱，表征浮升力与粘性力相对大小，反映自然对流的强弱，Gr越越大，浮升力的相对作用越大，自然对流越强。大，浮升力的相对作用越大，自然对流越强。反映了浮升力与惯性力之比，自然对流和强迫对流的相对强弱可反映了浮升力与惯性力之

11、比，自然对流和强迫对流的相对强弱可以用该比值的数值大小来判断。以用该比值的数值大小来判断。浮升力与惯性力的数量级相同，二者共同决定流体的运动，浮升力与惯性力的数量级相同，二者共同决定流体的运动，形成自然对流与强迫对流叠加的混合对流换热。形成自然对流与强迫对流叠加的混合对流换热。对流换热特征数关联式的形式应为对流换热特征数关联式的形式应为:纯强迫对流换热，纯强迫对流换热，纯自然对流换热，纯自然对流换热，第16页，本讲稿共27页奥斯特拉赫奥斯特拉赫对大空间内垂直壁面的自然对流层流换热对大空间内垂直壁面的自然对流层流换热进行了分析求解，所获得的进行了分析求解，所获得的速度分布与温度分布速度分布与温度

12、分布。见。见P264，图，图6-16.理论分析和实验研究的结果都表明，无限理论分析和实验研究的结果都表明，无限空间中自然对流换热的特征数关联式可以写空间中自然对流换热的特征数关联式可以写成下面的幂函数形式：成下面的幂函数形式：第17页，本讲稿共27页 无限空间中自然对流换热的定性温度为流体与壁面无限空间中自然对流换热的定性温度为流体与壁面的平均温度的平均温度T Tm m=(T=(Tw w+T+Tf f)/2)/2。无限空间中自然对流换热准则方程式中的系数无限空间中自然对流换热准则方程式中的系数C和和指数指数n可根据放热表面的形状、位置及可根据放热表面的形状、位置及Gr数值范围由数值范围由表表6

13、-10选取。选取。关于该公式的说明：关于该公式的说明：第18页，本讲稿共27页自然对流换热例题讲解：自然对流换热例题讲解：一块一块0.6m0.6m的薄板放在温度的薄板放在温度为为30的室内。板的一面保持在的室内。板的一面保持在74，另一面绝热，计算下述条件，另一面绝热，计算下述条件下此平板自然对流换热的热流量：下此平板自然对流换热的热流量：（1）平板垂直放置；）平板垂直放置；（2）平板热面朝上水平放置；）平板热面朝上水平放置；（3）平板热面朝下水平放置。）平板热面朝下水平放置。垂直放置垂直放置热面朝下热面朝下热面朝上热面朝上第19页，本讲稿共27页解：假设假设 1.换热为稳定态；换热为稳定态；

14、2.空气为理想气体；空气为理想气体；3.大气压力为大气压力为1atm 定性温度为定性温度为 Tm=(Ts+T)/2=(74+30)/2=52=325K 空气的热物性参数为空气的热物性参数为 =0.0279W/m,=1.81510-5m2/s，Pr=0.709,=1/Tm=1/325K=0.00308K-1第20页，本讲稿共27页此时定型长度为平板的高度，即此时定型长度为平板的高度，即L=0.6m，（1）平板垂直放置）平板垂直放置第21页，本讲稿共27页由表由表6-10可得此时的可得此时的Nu数为数为因此得因此得所以垂直放置的热流量为所以垂直放置的热流量为第22页，本讲稿共27页此时的定型长度为

15、此时的定型长度为 （2）平板热面朝上水平放置）平板热面朝上水平放置第23页，本讲稿共27页由表由表6-11可得此时的可得此时的Nu数为数为因此得因此得所以垂直放置的热流量为所以垂直放置的热流量为第24页，本讲稿共27页此时定型长度、换热面积和此时定型长度、换热面积和Gr数都与（数都与（2）相同，）相同，但但Nu数由表数由表6-11应为应为 可以看出，在平板自然对流换热时，热面朝下的换热强度可以看出，在平板自然对流换热时，热面朝下的换热强度最小。这是因为此时空气的流动受到了阻碍。最小。这是因为此时空气的流动受到了阻碍。（3）平板热面朝下水平放置）平板热面朝下水平放置第25页，本讲稿共27页讨论讨

16、论：在本例中平板除通过自然对流换热外，还通过辐：在本例中平板除通过自然对流换热外，还通过辐射向周围环境散热。假设平板表面为黑体（黑度系数射向周围环境散热。假设平板表面为黑体（黑度系数=1）并且室内墙壁的温度与室温相同（）并且室内墙壁的温度与室温相同（30），则通过），则通过辐射换热的热流量为：辐射换热的热流量为：这比上面任何一种自然对流换热的换热强度都大。因此在这比上面任何一种自然对流换热的换热强度都大。因此在实际计算物体表面通过自然对流换热时，通过辐射散发的热实际计算物体表面通过自然对流换热时，通过辐射散发的热量也是很显著的，必须予以考虑。量也是很显著的，必须予以考虑。第26页，本讲稿共27页 本章小结本章小结重点掌握以下内容：重点掌握以下内容：1）相似理论的主要内容及其对求解对流换热问题的指导意义相似理论的主要内容及其对求解对流换热问题的指导意义2）单相流体自然对流换热的特点；）单相流体自然对流换热的特点；3）大空间自然对流换热问题分析，及应用特征关联式计算该类对流）大空间自然对流换热问题分析，及应用特征关联式计算该类对流换热问题；换热问题；复习题复习题P286：9.例题：例题：6-6第27页，本讲稿共27页