传热学-第五章ppt课件.ppt

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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第五章第五章 对流传热的理论基础对流传热的理论基础Chapter 5 Convective heat transfer fundamentalNon-dimensional parameter Nu,Re,Pr2023/1/152023/1/151经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额

2、为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用5.5.1 概述概述一、影响因素一、影响因素（1 1）流体的物性（导热系数、粘度、密度、比热容等）；）流体的物性（导热系数、粘度、密度、比热容等）；（2 2）流体流动的形态（层流、紊流）；）流体流动的形态（层流、紊流）；（3 3）流动的成因（自然对流或强制对流）；）流动的成因（自然对流或强制对流）；（4 4）物体表面的几何因素；）物体表面的几何因素；（5 5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。

3、2023/1/152023/1/152经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Convection heat transfer strongly depends on the fluid properties:Also depends on the fluid velocity It also depends on the geometry and roughness of t

4、he solid surface,in addition to the type of fluid flow(such as being streamlined or turbulent).When a fluid is forced to flow over a solid surface,it is observed that the fluid layer in contact with the solid surface sticks to the surface.This is a very thin layer of fluid and is assumed to be zero

5、velocity at the wall.2023/1/152023/1/153经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用dimensionaless convectionheat transfer coefficientheat transfer coefficientCharacteristic lengthNusselt numberIn fluid flow,this p

6、henomenon is known as the no-slip condition.An implication of the no-slip condition is that heat transfer from the solid surface to the fluid layer adjacent to the surface is by pure conduction,since the fluid layer is motionless,it can be expressed asthermal conductivity of the fluid2023/1/152023/1

7、/154经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用What is the physical significance of the Nusselt number?The Nusselt number represent the enhancement of heat transfer through a fluid layer as a result of convection

8、relative to conduction across the same fluid layer.The larger the Nusselt number,the more effective is the convection.2023/1/152023/1/155经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、分析方法二、分析方法b.近似积分近似积分法法d.比拟法比拟法a

9、.解析法解析法c.实验法实验法e.数值法数值法三、研究内容三、研究内容1.强制对流强制对流（3）管外流体流动管外流体流动（2）管内流体流动管内流体流动（1）流体外掠平板流体外掠平板2.自然自然对流对流a a、b bc3.相变相变对流对流2023/1/152023/1/156经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Velocity boundary and boundary la

10、yer2023/1/152023/1/157经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Velocity boundary and boundary layerReynolds numberThe value of critical Reynolds number is different for different geometries.The Reynolds number a

11、t which the flow becomes turbulent is called the critical Reynolds number.Characteristic length2023/1/152023/1/158经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 分类分类层流边界层：层流边界层：紊流边界层：紊流边界层：惯性力惯性力 粘性力粘性力Velocity bound

12、ary and boundary layerThe critical Reynolds numbercritical Reynolds number 2023/1/152023/1/159经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 Laminer sublayer 边界层中的质量流量边界层中的质量流量二、热边界层二、热边界层Thermal boundary and boundar

13、y layer2023/1/152023/1/1510经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Thermal boundary and boundary layer2023/1/152023/1/1511经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消

14、费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Thermal boundary and boundary layerPrandtl numberFluidPrLiquid metalsGasesWaterLight organic fluidsOilsGlycerin0.004 0.0300.7 1.01.7 13.75 5050 100,0002000 100,000Is a property of temperature甘油甘油2023/1/152023/1/1512经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿

15、的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、三、与与 关系关系2023/1/152023/1/1513经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 The Prandtl number is a measure of the relative mag

16、nitudes of the diffusivity of momentum(and thus the development of the velocity boundary layer)and the diffusivity of heat(and thus the development of the thermal boundary layer).The Pr is a fluid property,and thus its value is independent of the type of flow geometry,The Pr changes with temperature

17、,but not pressure.经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用5.5.3 流体外掠平板对流换热分析解流体外掠平板对流换热分析解一、一、微分方程组的微分方程组的一般形式一般形式假设：假设：假设：假设：（1）二维）二维（2）不可压缩性）不可压缩性（3）稳定）稳定（4）常物性）常物性（5）粘性耗散热忽略不计）粘性耗散热忽略不计（一）质量守恒定律（一）质量守恒定律（连续性

18、方程）（连续性方程）2023/1/152023/1/1515经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（二）动量守恒定律（二）动量守恒定律动量变化动量变化体积力体积力表面力表面力压力梯度压力梯度粘滞力粘滞力2023/1/152023/1/1516经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者

19、提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（三）能量守恒定律（三）能量守恒定律非稳态项非稳态项对流项对流项扩散项扩散项内热源项内热源项（四）换热微分方程（四）换热微分方程2023/1/152023/1/1517经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、简化二、简化1.稳定流动：稳定流动：2.强制

20、对流：强制对流：4.层流边界层：层流边界层：3.外掠平板：外掠平板：2023/1/152023/1/1518经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用5.很小：很小：6.无内热源无内热源2023/1/152023/1/1519经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺

21、诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用未知变量未知变量未知变量未知变量2023/1/152023/1/1520经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、定解条件三、定解条件1.速度边界层速度边界层Velocity Boundary Layer2023/1/152023/1/1521经营者提供商品或者服务有欺诈行

22、为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、定解条件三、定解条件2.热边界层热边界层Thermal Boundary Layer2023/1/152023/1/1522经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价

23、款或接受服务的费用四、求解结果四、求解结果1.局部表面传热系数局部表面传热系数2.平均表面传热系数平均表面传热系数层流边界层层流边界层 2023/1/152023/1/1523经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 讨论讨论1.称为努塞尔数称为努塞尔数 2.特征长度特征长度 ：板长板长 3.定性温度：定性温度：4.适用范围：层流边界层适用范围：层流边界层 意义：大小反映平均对

24、流换热的强弱意义：大小反映平均对流换热的强弱2023/1/152023/1/1524经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1)速度场速度场 2)流动边界层厚度流动边界层厚度25经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的

25、损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2023/1/152023/1/1526经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 3)摩擦系数摩擦系数由速度分布求出局部粘性切应力由速度分布求出局部粘性切应力局部摩擦系数局部摩擦系数平均平均摩擦系数摩擦系数4)流动边界层与热边界层之比流动边界层与热边界层之比27经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加

26、赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用复习复习1.称为努塞尔数称为努塞尔数 2.特征长度特征长度 ：板长：板长 3.定性温度：定性温度：4.适用范围：层流边界层适用范围：层流边界层 意义：大小反映对流换热的强弱意义：大小反映对流换热的强弱流体外掠平板时流体外掠平板时边界层边界层2023/1/152023/1/1528经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受

27、服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用15/10/2012Thermofluids-II-L3 Y.Y.Yan29A simple question1.2.经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用5.45.4 流体外掠平板的近似积分求解及比拟理论流体外掠平板的近似积分求解及比拟

28、理论一、求解一、求解 边界条件边界条件（一）流体外掠平板传热层流分析解（一）流体外掠平板传热层流分析解2023/1/152023/1/1530经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、求二、求 动量积分方程动量积分方程2023/1/152023/1/1531经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受

29、服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、求三、求 边界条件边界条件2023/1/152023/1/1532经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用四、求四、求 能量积分方程能量积分方程2023/1/152023/1/1533经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的

30、要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（二）比拟法（紊流）（二）比拟法（紊流）动量动量热量热量The relation between fluid friction and heat transfer.(for turbulent boundary layer)比较无量纲动量微分方程式和能量微分方程式比较无量纲动量微分方程式和能量微分方程式 2023/1/152023/1/1534经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消

31、费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用当当Pr=1时，两方程的形式完全相同。时，两方程的形式完全相同。对对于于同同一一对对流流换换热热现现象象，二二者者具具有有相相同同的的几几何何条条件件和和物物理理条条件件，如如果果边边界界条条件件也也相相同同，如如：Y=0:U=0、=0=0；Y:U1、1，则无量纲速度分布和无量纲温度分布完全相同。则无量纲速度分布和无量纲温度分布完全相同。这这种种流流动动边边界界层层与与热热边边界界层

32、层的的类类似似是是由由于于动动量量传传递递与与热热量量传传递递具具有有完完全全相相同同的的机机理理所所至至，因因此此描描写写这这两两种种现现象象的的物物理理量量之之间间一定存在必然联系。一定存在必然联系。35经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用前面温度场的求解结果前面温度场的求解结果引进新的无量纲特征数引进新的无量纲特征数斯坦顿斯坦顿(Stanton)数：数：比较比较比较比

33、较 以以上上两两式式称称为为契契尔尔顿顿科科尔尔本本比比拟拟式式 ，建建立立了了摩摩擦擦系系数数与与对对流换热表面传热系数之间的关系。流换热表面传热系数之间的关系。The Stanton numberThe Chilton-Colburn Analogy传热因子传热因子j factor36经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用如果如果Pr=1，则，则以上两式称为以上两式称为雷

34、诺比拟式雷诺比拟式 根根据据动动量量传传递递与与热热量量传传递递之之间间的的类类比比性性，通通过过理理论论分分析析建建立立起起描描述述这这两两个个传传递递现现象象的的物物理理量量之之间间的的关关系系式式（称称为为比比拟拟关关系系式式），再再由由已已知知或或比比较较容容易易获获得得的的动动量量传传递递的的规规律律推推测测出出热热量量传传递递的的规规律律，这这种种分分析析方方法法称称为为动动量量传传递递与与热热量量传传递的递的比拟法比拟法。比拟法曾被广泛用于紊流换热问题的研究。比拟法曾被广泛用于紊流换热问题的研究。The Reynolds Analogy37经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当

35、按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2023/1/152023/1/1538经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2023/1/152023/1/1539经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2023/1/152023/1/1540