《对流换热概述》PPT课件.ppt
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1、对流换热对流换热:流体流过固体壁面情况下所发生的热量交换流体流过固体壁面情况下所发生的热量交换.对流换热以对流换热以牛顿冷却公式牛顿冷却公式为其基本计算式为其基本计算式,即即或对于面积为或对于面积为A A的接触面的接触面其中其中 t t 为换热面积为换热面积A A上的平均温差上的平均温差.约定约定q q 及及 总是取正值总是取正值,因因此此 t t及及 t tmm也要求取正值也要求取正值.5-1 对流换热概述一.对流换热的分类1.1.按动力分按动力分强制对流强制对流(forced convection):(forced convection):由于泵由于泵,风机风机,或压差等流体本或压差等流体
2、本身以外的动力产生的流动换热身以外的动力产生的流动换热.自然对流自然对流(natural convection):(natural convection):由于流体的由于流体的密度差等流体本密度差等流体本身的因素身的因素产生的流体流动换热产生的流体流动换热.混合对流混合对流(mixed convection):(mixed convection):自然对流和强制流动自然对流和强制流动换热并存换热并存.凝结换热凝结换热:(condensation heat transfer):(condensation heat transfer)物质由气态变为液态物质由气态变为液态时发生的换热时发生的换热.熔
3、化换热熔化换热(melting heat transfer)(melting heat transfer)凝固换热凝固换热(solidification heat transfer)(solidification heat transfer)升华换热升华换热(sublimation heat transfer)(sublimation heat transfer)凝华换热凝华换热(sublimation heat transfer sublimation heat transfer)相变换热相变换热:传热过程中有相变发生传热过程中有相变发生.物质有三态物质有三态,固态固态,液态液态,气态气态,
4、称三相,称三相.相变换热又分为相变换热又分为:沸腾换热沸腾换热:(boiling heat transfer):(boiling heat transfer)物质由液态变为气态时物质由液态变为气态时发生的换热发生的换热.2.按有无相变分层流流动换热层流流动换热(laminar heat transfer)(laminar heat transfer)紊流流动换热紊流流动换热(turbulent heat transfer)(turbulent heat transfer)4.4.按几何形状按几何形状管内管内(槽道内槽道内)流动流动(flow in ducts)(flow in ducts)外部
5、绕流外部绕流(around vertical plant)(around vertical plant)3.按流动形式分对流换热的分类表对流换热的分类表无滑移边界条件无滑移边界条件令上两式相等则有令上两式相等则有则则二、对流传热的基本公式(h 的确定方式)一、假设条件一、假设条件 为简化分析为简化分析,对于常见影响对流换热问题的主要因素对于常见影响对流换热问题的主要因素,做如做如下假设下假设:(1)(1)流动是流动是二维二维的的;(2)(2)流体为流体为不可压缩的牛顿流体不可压缩的牛顿流体;(3)(3)流体流体物性为常数物性为常数,无内热源无内热源;(4)(4)流速不高流速不高,忽略粘性耗散忽
6、略粘性耗散(摩擦损失摩擦损失););(5)(5)流体为流体为连续性连续性介质介质5-2 对流换热问题的数学描述微元控制体微元控制体二、能量方程的推导.利用热力学第一定律有利用热力学第一定律有 导入的净热量导入的净热量+流入的净热量流入的净热量=系统内的焓增系统内的焓增在在x x方向上导入的净热量有:方向上导入的净热量有:在在y y方向上导入的净热量:方向上导入的净热量:在在x x方向上流入的净热量方向上流入的净热量略去高次项后得略去高次项后得代入热力学第一定理得代入热力学第一定理得单位时间内的微元控制体内的焓增单位时间内的微元控制体内的焓增同理得同理得Y Y方向上的净热量方向上的净热量1 1.
7、连续性方程连续性方程(continuity equation)(continuity equation)2.2.动量守恒方程动量守恒方程(momentum equation)(momentum equation)惯性力惯性力(inertial force)(inertial force)体积力体积力(body force)(body force)压力梯度压力梯度(pressure(pressure gradient)gradient)粘性力粘性力(viscous force)(viscous force)3.3.能量守恒方程能量守恒方程 (energy equation)energy equa
8、tion)能量变化能量变化对流项对流项导热项导热项三.对流换热微分方程组.=未知量:未知量:u,v,p,t,hu,v,p,t,h=方程:方程:五个五个=方程组是封闭的方程组是封闭的,可求解可求解 =强烈非线性强烈非线性 4.4.换热微分方程换热微分方程(无滑移边界条件无滑移边界条件)1.1.初始条件初始条件 2.2.边界条件边界条件:第一类边界条件第一类边界条件,规定规定边界上流体的温度分布边界上流体的温度分布.第二类边界条件第二类边界条件,给定边界上加热或冷却流体的给定边界上加热或冷却流体的 热流密度热流密度.为何不用第三类边界条件?为何不用第三类边界条件?四.定解条件.n解析解:解析解:解
9、微分方程组解微分方程组n数值解:数值解::计算机进行数值计算计算机进行数值计算n实验方法(理论分析法与实验相结合)实验方法(理论分析法与实验相结合)n比拟法:动量传递与热量传递相似性比拟法:动量传递与热量传递相似性五、求解方法l流速流速:V V h h V=V=0 0 无对流无对流l物性物性表征物质物理特性的物理量表征物质物理特性的物理量密度(密度(density)density),粘性(,粘性(viscosity)viscosity),热导率,热导率(thermal conductivity)(thermal conductivity),比热(,比热(specific heat capaci
10、ty)specific heat capacity)等,其他条件相同时,不同的流体换热量不同,就是等,其他条件相同时,不同的流体换热量不同,就是因为物性不同因为物性不同l流体及壁面温度流体及壁面温度 定性温度定性温度(reference temperature)reference temperature)六、影响对流换热的因素l流动状态流动状态:层流层流,紊流紊流;l壁面形状壁面形状,位置位置 形状形状(平板平板,圆管圆管)位置位置(横放横放,竖放竖放,管内管内,管外管外)综上所述综上所述 Newton cooling law Newton cooling law 只是一种处理方法只是一种处理
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