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对流换热 convection heat transfer
§5-1 对流换热概说
对流换热:流体流过固体壁面情况下所发生的热量交换.
对流换热以牛顿冷却公式为其基本计算式,既
或对于面积为A的接触面
其中△t 及F 总是取正值,因此△t及△tm也总是取正值.
一对流换热的分类

①强制对流(forced convection):由于泵,风机,或压差等流体本身以外的动力产生的流动换热.
②自然对流(natural convection):由于流体的密度差产生的浮力作用产生的流体流动换热.
③混合对流(mixed convection):自然对流和强制流动换热并存.

单相介质传热:对流换热时只有一种流体.
相变换热:传热过程中有相变发生.
物质有三态,固态,液态,气态或称三相.
相变换热有分为:沸腾换热:(boiling heat transfer)物质由液态变为气态时发生的换热.
凝结换热:(condensation heat transfer)物质由气态变为液态时发生的换热.
熔化换热(melting heat transfer)
凝固换热(solidification heat transfer)
升华换热(sublimation heat transfer)
凝华换热(sublimation heat transfer )

层流流动换热(laminar heat transfer)
湍流流动换热(turbulent heat transfer)

管内(槽道内)流动(flow in ducts )
外部绕流(around vertical plant)
对流换热的分类表
二、对流传热的基本公式化( h 的确定方式)

W
无滑移边界条件:
令上两式相等则有:
则:
§5-2 对流换热问题的数学描写
一、假设条件
为简化分析,对于影响常见对流换热问题的主要因素,做如下假设(1)流动是二维的;(2)流体为不可压缩的牛顿行流体;(3)流体物性为常数,无内热源;(4)流速不高,忽略粘性耗散(摩擦损失) ;(5)二维
二、能量方程的推导.
微元控制体
利用热力学第一定律有
导入的净热量+流入的净热量=系统内的焓增
在x方向上导入的净热量有
在y方向上导入的净热量
在x方向上流入的净热量
略去高次项后得
同理得Y方向上的净热量
单位时间内的微元控制体内的焓增
代入热力学第一定理得


.
(continuity equation)
(momentum equation)
惯性力(inertial force)
体积力
(body force)
压力梯度
(pressure
gradient)
粘性力
(viscous force)

(energy equation)
能量变化
对流项
导热项

=未知量:u, v, p, t, h
=方程: 五个
=方程组是封闭的,可求解
=实际的变量只有四个u, v, p, t, 在方程上与h无关.
=强烈非线性
.

:
第一类边界条件,规定边界上流体的温度分布.
第二类边界条件,给定边界上加热或冷却流体的热流密度.
为何不用第三类边界条件?
五、求解方法
n解析解:解微分方程组
n数值解::用计算机
n实验方法(理论分析法与实验相结合)
n比拟法
六、影响对流换热的因素
l流速:V­ h­ V=0 无对流
l物性-表征物质物理特性的物理量
密度(density),粘性(viscosity),热导率(thermal conductivity),比热(specific heat capacity)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
l流体及壁面温度
定性温度(reference temperature)
l流动状态,层流,紊流
层流
过渡流
(旺盛)湍流
对于管流
平板Re=2×105到3×106之间,一般取5×105
l壁面形状,位置
形状(平板,圆管)位置(横放,竖放,管内,管外)
综上所述
特征尺度(character dimension)
定性温度(reference temperature)
Newton cooling law 只是一重处理方法,既将许多矛盾都加在h上。以后对流换热的内容实际都是讨论