当前位置：文档之家 › 流体力学与传热学ppt课件

流体力学与传热学ppt课件

  • 格式：ppt
  • 大小：4.96 MB
  • 文档页数：52

下载文档原格式

  / 52

合集下载

传热学(全套课件666P) ppt课件

传热学(全套课件666P) ppt课件
1A 1 (T 1 4T 2 4) （ 1-9 ）
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 1 、概念
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
第一章
绪
论
§1-0 概 述
一、基本概念
❖ 1 、传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的学科。 ❖ 1)物体内只要存在温差，就有热量从物
体的高温部分传向低温部分； ❖ 2)物物体。
2 、热量传递过程 根据物体温度与时间的关系，热量传递过程 可分为两类：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。

《传热学》第五章 对流换热分析PPT演示课件

《传热学》第五章 对流换热分析PPT演示课件
4个方程,4个未知数(h,u,v,t)， 理论上存在唯一解， 可通过数学方法进行求解
24
求解结果 局部表面传热系数：
或可写成：
其中：
——准则方程
——无量纲流速 ——无量纲物性 ——无量纲换热强度
准则方程的意义——
把微分方程所反映的众多因素间的规律用少数几个准则来概括， 从而减少变量个数，以便于进行对流换热问题的分析、实验研究 和数据处理。
将上式在x,y两个方向代入牛顿第二定律，得到Navier-Stokes方程： 对于不可压缩流体：
11
将其代入Navier-Stokes方程，并采用连续方程化简，得到：
对稳态流动：
惯性力
体积力 压强梯度 黏滞力
当只有重力场作用时：
12
四、能量微分方程式
推导依据—— 内能增量＝导热热量＋对流热量 1.导热热量：
外掠平板全板长平均换热准则方程：
29
第六节 相似理论基础
相似原理的意义——通过实验寻找现象的规律以及指导推广应用实验。
一、物理相似的基本概念
1.几何相似
LA、LB——几何相似准则
30
2.物理现象相似
以管内流动为例，当两管各r之比满足下列 关系时：
若： 则速度场相似。 以外掠平板为例，当x,y坐标满足下列关系时：
《传热学》
1
第五章 对流换热分析
研究对象——流体与固体壁面之间的传热过程
研究目的——确定牛顿冷却定律
中的h
对流表面 传热系数
局部对流表面传热系数hx 平均对流表面传热系数
Isaac Newton(1642-1727)
确定对流表面传热系数的四种方法
分析法
类比法 数值法 实验法

第五章 第八节——传热学课件PPT

第五章 第八节——传热学课件PPT

•
定性温度：边界层平均温度
tm
1 2
tw
t
• 特征尺寸：l
• Re数中的特征速度为通道来流速度 u
表5-6 气体横掠几种非圆形截面柱体计算式中的常数
截面形状
Re
C
n
l
5103 105
l
5103 105
5103 1.95104
l
1.95104 105
l
5103 105
l
4103 1.5104
0.246Βιβλιοθήκη 10.4/
Pr
2
/
3
1/
4
1
Re 282000
5 / 8
4/5
•
此式的定性温度为边界层平均温度
tm
1 2
tw
t
• 定型尺寸为管外径
• 适用条件为 RePr 0.2
横掠非圆形截面的柱体或管道时 对流换热的实验关联式
• 此时的实验关联式为 Num C Remn Prm1/3
• 式中，C及n的值见表5－6；
表5-5 C 和 n 的值 C
0.989 0.911 0.638 0.193 0.0266
n 0.330 0.335 0.466 0.618 0.805
横掠单圆管换热的实验关联式
• 对于横掠单圆管，除了上述的实验关联式外， 邱吉尔与朋斯登提出了在整个实验范围内都可 以适用的准则方程
Nu
0.3
0.62 Re1/ 2 Pr1/3
第八节 外部流动强制对流换热 实验关联式
• 外部流动的定义：换热壁面上的流动边界层与 热边界层能自由发展，不会受到邻近壁面存在 的限制。这样的流动称为外部流动。

流体力学与传热学ppt课件

流体力学与传热学ppt课件
2) 物理条件 物性参数λ、ρ 、c 和η 的数值，是否随温度和压力变化；有无 内热源、大小和分布
3) 时间条件 稳态对流换热过程不需要时间条件—与时间无关
4) 边界条件 第一类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的温度值 第二类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的热流密度值
§8.3 边界层概念及边界层换热微分方程组
计算出在参考温差下的对流传热系数
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状态（层流或湍流）、流速的大 小及其分布、表面粗糙度等。
温度场取决于流场
§8.2 对流传热问题的数学描写
1、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型流体; 3) 流体物性为常数,无内热源;
比拟法 数值法
通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性，以建立起表 面传热系数见的相互关系的方法。
近20年内得到迅速发展，并将会日益显示出其重要的作用。
7、如何从解得的温度场来计算对流传热系数
当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作 用，流体的流速在靠近壁面处随离壁面的距 离的缩短而逐渐降低；
在贴壁处被滞止，处于无滑移状态（即：y=0, u=0） 在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递
c 数值解法：近年来发展迅速 可求解很复杂问题：三维、紊流、变物性、超音速
2）动量传递和热量传递的类比法 利用湍流时动量传递和热量传递的类似规律，由湍流时的局部 表面摩擦系数推知局部表面传热系数
3）实验法 用相似理论指导
4、对流传热过程的单值性条件
完整数学描述：对流传热微分方程组+ 单值性条件
1) 几何条件 平板、圆管；竖直圆管、水平圆管；长度、直径等

传热学课件课件(多应用版)

传热学课件课件(多应用版)

传热学课件引言传热学是研究热量传递规律的学科，是工程热力学和流体力学的重要分支。

在实际工程应用中，传热问题无处不在，如能源转换、化工生产、建筑环境等领域。

因此，掌握传热学的基本原理和方法，对于工程技术人员来说具有重要意义。

本文将简要介绍传热学的基本概念、原理和方法，并探讨其在工程实际中的应用。

一、传热学基本概念1.热量传递方式热量传递方式主要包括三种：导热、对流和辐射。

（1）导热：热量通过固体、液体或气体的分子碰撞传递，其传递速率与物体的导热系数、温度差和物体厚度有关。

（2）对流：热量通过流体的宏观运动传递，其传递速率与流体的流速、密度、比热容和温度差有关。

（3）辐射：热量以电磁波的形式传递，其传递速率与物体表面的温度、发射率和距离有关。

2.传热方程传热方程是描述热量传递规律的数学表达式，主要包括傅里叶定律、牛顿冷却公式和斯蒂芬-玻尔兹曼定律。

（1）傅里叶定律：描述导热过程中热量传递的规律，公式为Q=-kA(dT/dx)，其中Q表示热量传递速率，k表示导热系数，A表示传热面积，dT/dx表示温度梯度。

（2）牛顿冷却公式：描述对流过程中热量传递的规律，公式为Q=hA(TwTf)，其中Q表示热量传递速率，h表示对流换热系数，Tw 表示固体表面温度，Tf表示流体温度。

（3）斯蒂芬-玻尔兹曼定律：描述辐射过程中热量传递的规律，公式为Q=εσA(T^4T^4)，其中Q表示热量传递速率，ε表示发射率，σ表示斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T表示物体表面温度。

二、传热学原理和方法1.传热问题的分类传热问题可分为稳态传热和非稳态传热两大类。

（1）稳态传热：系统内各部分温度不随时间变化，热量传递速率恒定。

（2）非稳态传热：系统内各部分温度随时间变化，热量传递速率随时间变化。

2.传热分析方法（1）解析法：通过对传热方程的求解，得到温度分布和热量传递速率。

适用于简单几何形状和边界条件的问题。

（2）数值法：采用数值离散化方法求解传热方程，适用于复杂几何形状和边界条件的问题。

流体力学基本知识PPT优秀课件

流体力学基本知识PPT优秀课件
第一章 流体力学基本知识
第一节 流体的主要物理性质 第二节 流体静压强及其分布规律 第三节 流体运动的基本知识 第四节 流动阻力和水头损失 第五节 孔口、管嘴出流及两相流体简介
2021/6/3
1
第一节 流体的主要物理性质
一、密度和容重 密度：对于均质流体，单位体积的质量称为
流体的密度。 容重：对于均质流体，单位体积的 重量称为
等压面：流体中压强相等的各点所组成 的面为等压面。
2021/6/3
10
压强的度量基准：
（1）绝对压强：是以完全真空为零点计算的 压强，用PA表示。
（2）相对压强：是以大气压强为零点计算的 压强，用P表示。
相对压强与绝对压强的关系为： P=PA-Pa (1-9)
2021/6/3
11
第三节 流体运动的基本知识
水力学基本方程式。式中γ和p0都是常数。
方程表示静水压强与水深成正比的直线分布 规律。方程式还表明，作用于液面上的表面 压强p0是等值地传递到静止液体中每一点上。 方程也适用于静止气体压强的计算，只是式 中的气体容重很小，因此，在高差h不大的 情况下，可忽略项，则p=p0。例如研究气 体作用在锅炉壁上的静压强时，可以认为气 体空间各点的静压强相等。
表面压强为： p=△p/△ω (1-6)
点压强为： lim p=dp/dω ( Pa) 点压强就是静压强
2021/6/3
7
流体静压强的两个特征：
（1）流体静压强的方向必定沿着作用面的 内法线方向。
（2）任意点的流体静压强只有一个值，它 不因作用面方位的改变而改变。
2021/6/3
8
二、流体静压强的分布规律
一、流体运动的基本概念
（一）压力流与无压流 1.压力流：流体在压差作用下流动时，流体 整个周围都和固体壁相接触，没有自由表 面。 2.无压流：液体在重力作用下流动时，液体 的部分周界与固体壁相接触，部分周界与 气体接触，形成自由表面。

1_流体力学与传热学

1_流体力学与传热学

P p lim A
A 0
返回首页
第二节 流体静力学
一、流体静压强及其特性
P Z dA n

流体静压强的方向与受 压面垂直并指向受压面
Y X 0

作用于同一点上各方 向的静压强大小相等
流体静 压强的 特性
第二节 流体静力学
二、流体静压强的分布规律
分析静止液体中压强分布 作用于轴向的外力有：
可忽略。 2、气体有显著的压缩性和膨胀性，t与P的变化对v 影响很大。 3、当气体的温度不过低压强不过高时，T、P、v三
者关系服从理想气体状态方程。
第二节 流体静力学
目的：学习和讨论流体静止状态下 的力学规律及其应用
流体静止时的特点：
不显示其粘滞性，不存在切相应力
流体静止是运动中的一种特殊状态
流体静力学研究的中心问题：
流体静压强的分布规律
第二节 流体静力学
一、流体静压强及其特性
静水压力与静水压强

静止液体作用在与之接触的表面上的水压力称为 静水压力P.
在静水中表面积为A的水体，微小面积△A所受作 用力△P， P P 该微小面积上的平均压强为 A 当△A无限缩小至趋于点K时，K点的静水压强
p1
2
2
图2-5
圆管中有压流动的总水头线与测压管水头线
第四节 流动阻力和水头损失
能量损失的计算
沿程损失
hf
l v2 d 2g
沿管长 均匀发 生
局部损失
局部障 碍引起 的
hm
v2 2g
整个管路的能量损失等于：
各管段的沿程损失和局部 损失之和
第五节 流动阻力和水头损失
整个管路的能量损失等于各管段的沿程损失和局部损失之和.

传热学基本知识ppt课件

传热学基本知识ppt课件

自然对流与强制对流原理
自然对流原理
自然对流是由于流体内部温度梯度引起的密度差异而产生的流动。在重力作用下， 较热的流体向上运动，较冷的流体向下运动，形成自然对流循环。
强制对流原理
强制对流是通过外部力（如风扇、泵等）驱动流体运动而实现的热量传递。在强制 对流中，流体的流动速度和方向受到外部力的控制，从而实现对流传热。
灰体辐射
灰体是指能够吸收所有波长的辐射能， 但吸收率小于1的物体。灰体辐射除 了与温度有关外，还与灰体的发射率 有关。
辐射换热计算方法
斯忒藩-玻尔兹曼定律
基尔霍夫定律
用于计算黑体辐射的总能量，公式为 E=σT^4，其中σ为斯忒藩-玻尔兹曼 常数，T为黑体的热力学温度。
用于计算灰体的发射率与吸收率之间 的关系，公式为ε=α，其中ε为发射率， α为吸收率。
流体的流动状态（层流或 湍流）对对流换热系数有 显著影响。湍流状态下的 对流换热系数通常比层流 状态下高。
温度梯度越大，对流换热 系数越高。因为较大的温 度梯度会导致流体内部产 生更强烈的密度差异和流 动。
固体壁面的形状、粗糙度 以及表面条件（如氧化、 涂层等）也会影响对流换 热系数。
04
热辐射基本知识
传热学基本知识ppt课件
目录
• 传热学概述 • 热传导基本知识 • 热对流基本知识 • 热辐射基本知识 • 传热过程与换热器设计 • 传热学实验方法与测量技术 • 传热学在工程领域应用案例
01
传热学概述
传热学定义与研究对象
传热学定义
研究热量传递规律的科学，主要研 究物体之间或物体内部热量传递的 过程、机理和计算方法。
对流换热系数及其影响因素
对流换热系数定义
流体物性

(完整PPT)传热学

(完整PPT)传热学

(完整PPT)传热学contents •传热学基本概念与原理•导热现象与规律•对流换热原理及应用•辐射换热基础与特性•传热过程数值计算方法•传热学实验技术与设备•传热学在工程领域应用案例目录01传热学基本概念与原理03热辐射通过电磁波传递热量的方式，不需要介质，可在真空中传播。

01热传导物体内部或两个直接接触物体之间的热量传递，由温度梯度驱动。

02热对流流体中由于温度差异引起的热量传递，包括自然对流和强制对流。

热量传递方式传热过程及机理稳态传热系统内的温度分布不随时间变化，热量传递速率保持恒定。

非稳态传热系统内的温度分布随时间变化，热量传递速率也随时间变化。

传热机理包括导热、对流和辐射三种基本传热方式的单独作用或相互耦合作用。

生物医学工程研究生物体内的热量传递和温度调节机制，为医学诊断和治疗提供理论支持。

解决高速飞行时的高温问题，保证航空航天器的安全运行。

机械工程用于优化机械设备的散热设计，提高设备运行效率和可靠性。

能源工程用于提高能源利用效率和开发新能源技术，如太阳能、地热能等。

建筑工程在建筑设计中考虑保温、隔热和通风等因素，提高建筑能效。

传热学应用领域02导热现象与规律导热基本概念及定律导热定义物体内部或物体之间由于温度差异引起的热量传递现象。

热流密度单位时间内通过单位面积的热流量，表示热量传递的强度和方向。

热传导定律描述导热过程中热流密度与温度梯度之间关系的定律，即傅里叶定律。

导热系数影响因素材料性质不同材料的导热系数差异较大，如金属通常具有较高的导热系数，而绝缘材料则具有较低的导热系数。

温度温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高，导热系数会增加。

压力对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。

稳态与非稳态导热过程稳态导热物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。

在稳态导热过程中，热流密度和温度分布保持恒定。

非稳态导热物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。

传热学与流体力学基础

传热学与流体力学基础
传热学与流体力学基础
（第四课）
.
传热的三种基本形式
• 热量传递的三种基本方式是：导热(热传 导)、对流(热对流)和热辐射 。
• 传热学是热泵最重要的基础之一：热泵热 水器相当大一部分的设计和制造问题，是 传热问题，在热泵系统的四个主要部件里， 专门用于传热的就有两个，蒸发器与冷凝 器，即俗称的“两器” ；
• 热量传递过程的推动力是“温差”
.
• 由热力学第二定律得知：热量可以自发地 由高温热源传给低温热源；
• 热量传递的必要条件是温差，有温差就会 有传热，温差是热量传递的推动力,没有温 差热量就不会发生传递。
• 热量传递的方向：热量总是由高温的物体 传递给低温的物体，不可能出现相反的热 传递现象。
• 在实际中发生的传热过程，往往是三种传 热方式的共同作用的总和。
• 对流换热是导热与热对流同时存在的复杂热传递 过程。
• 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动，也 必须有温差。
• 接触壁面处，流体会形成速度梯度很大的边界层 （附面层）
.
对流换热的多种形式
• 按流体是否发生相变划分，有相变的分为 蒸发换热或者冷凝换热，无相变的则成为 普通换热；
• 在空气源热泵热水器的冷凝器和蒸发器内 进行的换热过程，都是有工质发生相变的 对流换热过程，蒸发器中沸腾气化，冷凝 器中凝结液化。
.
导热系数的大致规律
• 对于绝大部分物质来讲，金属的导热系数最 高，液体次之，而气体最低；
• 每种物质都有自己特定的导热系数 。大体上 是固体≥液体≥气体 ；
• 一般的，导电性好的材料，导热性也好； • 导热系数与状态有关，例如冰的导热系数为
2.22 W/( m·k)，水的导热系数为0.599 W/( m·k)，而水蒸气的导热系数仅为0.0194 W/( m·k)。

《流体力学与传热学》课件

《流体力学与传热学》课件
总结词
04
传热学应用实例
建筑节能是传热学的重要应用领域，通过合理利用传热学原理，可以有效降低建筑能耗，提高能源利用效率。
建筑设计时，利用传热学原理，合理设计建筑物的保温、隔热、通风等系统，可以有效降低建筑物的热量损失和冷热负荷，从而减少能源消耗。例如，利用保温材料和密封技术减少墙体热传导，利用自然通风和热压差通风降低室内温度等。
流体静力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体静力学是研究流体在静止状态下力学行为的一门学科。主要研究流体内部的压力分布、液体对容器壁的侧压力等，在工程实际中有广泛应用。
总结词
流体动力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体动力学是研究流体在运动状态下力学行为的一门学科。主要研究流体的速度、压力、密度等物理量的变化规律，以及流体与固体壁面的相互作用等，在航空航天、交通运输等领域有重要应用。
随着计算机技术的不断发展，数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中发挥着越来越重要的作用。这些技术可以对流体流动和传热过程进行精确模拟和预测，为实验研究和工程应用提供有力支持。
数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中广泛应用于各种领域。例如，在能源领域，通过对流体流动和传热的数值模拟，优化核能、风能等可再生能源的开发和利用。在环境领域，通过对污染物扩散的数值模拟，评估环境治理措施的有效性。在生物医学领域，通过对生物体内的流体流动和传热的数值模拟，揭示生理过程和疾病机制，为诊断和治疗提供依据。
THANKS
感谢观看
总结词
新能源技术是未来能源发展的方向，传热学在新能源技术的开发和利用中发挥着重要作用。
要点一
要点二
详细描述
太阳能、风能等新能源的开发和利用过程中，传热学原理被广泛应用于设备的热回收、热利用和热控制等方面。例如，太阳能热水器利用传热学原理将太阳能转化为热能，风力发电设备的散热系统和热回收系统也涉及到传热学的知识。

第一章流体力学导论(讲义).

第一章流体力学导论(讲义).
1 — 热膨胀系数 T p
等温压缩率物理意义：衡量流体可压缩性，表示 在一定温度下压强增加一个单位时流体密度的相对增 加率。 由于 v 1 ，所以等温压缩率还可以表示为：
1 v T v p T
等温压缩率另一种物理意义：在一定温度下，压 强增加一个单位时流体体积的相对缩小率。
3）、辐射机理
电磁波范围极广，通常把波长为0.4～40μm范围 的电磁波称为热射线。热射线产生于物质的原子内部， 而引起这种运动的基本原因是物体本身温度。
4）、产生辐射传热的条件 当两个物体温度都在绝对零度以上而且有温差时， 高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高 温物体的能量。总的效果是高温物体辐射给低温物体能 量。实验证明：只有当物体的温度大于400℃时，因辐 射而传递的能量才比较显著。
20世纪以来，数学与计算机科学的发展，为 通过仿真研究传热学和流体力学奠定了基础。例如： 利用分析软件分析航天器热量分布，从而为航天器 的隔热设计奠定了理论基础。利用仿真软件分析潜 器形状与受到流体阻力的关系，指导潜器等水下平 台的设计。
第二节 传热学与流体力学的理论基础
一、传热学的理论基础
1、热量传递三种基本形式：
v
v
1

表1.2
4）、流体可压缩性与热膨胀性 （1）可压缩性 : 在外力作用下，体积或密度可以改变的性 质。 （2）热膨胀性：温度改变时流体体积或密度可以改变的性 质。 对于单一组分的流体，密度随压强、温度的改变：
d dp dT T dp dT p T 1 T — 等温压缩率 p T
•
传热学的主要研究内容
传热学是研究热量传递规律的科学

第一章 流体力学基础ppt课件(共105张PPT)

第一章 流体力学基础ppt课件(共105张PPT)

原
力〔垂直于作用面，记为 ii〕和两个切向 应力〔又称为剪应力，平行于作用面，记为
理
ij，i j），例如图中与z轴垂直的面上受
到的应力为 zz〔法向）、 zx和 zy〔切
电 向），它们的矢量和为：
子
课
件 τ zzix zjy zkz
返回
前页
后页
主题
西
1.1 概述
安
交 • 3 作用在流体上的力
大 化
子 课 件
返回
前页
后页
主题
西
1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交
大 思索：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数 R反
化 映了什么？
工 原
理 p1p2
p2
p1 z2
电 子
(0)gR(z2z1)g z1
课
R
件
A A’
返回
前页
后页
主题
西 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交 大
•
2．压差计
化 • （2〕双液柱压差计
p1
p2
工•
原•
理
电•
子•
课
件
又称微差压差计适用于压差较小的场合。
z1
1
z1
密度接近但不互溶的两种指示
液1和2 ， 1略小于 2 ；
R
扩p 大1 室p 内2 径与2 U 管1 内g 径之R 比应大于10 。 2
图 1-8 双 液 柱 压 差 计
返回
安
交 大
•
1．压力计
化 • （2〕U形压力计
pa
工 • 设U形管中指示液液面高度差为RA，1 指• 示液

传热学基本知识ppt课件

传热学基本知识ppt课件
例如：若要求将一定流量的冷流体从120℃加热到160℃，而 热流体的进口温度为245℃，出口温度不作规定。此时若采用 逆流，热流体的出口温度可以降至接近于120℃，而采用并流 时，则只能降至接近于160℃。这样，逆流时的加热剂用量就 较并流时为少。
由以上分析可知，逆流优于并流，因而工业生产中换 热器多采用逆流操作。
最新课件
9
传热学基本知识
稳定传热与不稳定传热
传热分为两类
稳定传热：温度不随时间而变化的传热 不稳定传热：温度随时间而变化的传热
以加热炉为例，在刚点炉时，炉内各部分温度逐渐升高，到加热炉 运行一段时间后，炉内各处温度就保持不变了。
最新课件
10
传热计算
一、传热速率方程
QKAt
传热系数的意义是： 当温度差为1时，在单位 时间内通过单位面积所传 递的热量。
最新课件
32
对流给热的机理
（1）层流边界层：
热传导，热阻大,温差 大；
（2）过渡区：
热传导与对流传热共 同起作用；
（3）湍流区：
充满漩涡，混合很好， 对流为主，热阻小,温差 小。
最新课件
33
传热学基本知识
4、对流换热方程
热对流
对流传热计算公式—牛顿冷却定律
QAt
Q t t 一侧对流传热推动力
A
1) 流动状态的影响 雷诺数越大，对流传热系数越大。
2）流速的影响 流体流速增高时，对流传热系数就大。
3）流体的物理性质对给热系数的影响 导热系数、比热容c、密度越大，动力粘度越小，对流传 热系数越大
最新课件
35
传热学基本知识
热对流
2）流体有相变发生时
蒸汽的冷凝 液体的沸腾
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

动（泵、风机等）
2) 流动状态
h紊流 h层流
层流运动：流体微团沿着主流方向做有规 则的分层运动
湍流运动：流体质点做复杂无规则的运动
3) 流体有无相变
h相变 h单相
单相换热：流体显热的变化实现对流换热中的热量
变换
相变换热：在有相变的换热过程中，流体相变热
（潜热）的释放或吸收常常其主要作用
4) 换热表面的几何因素
换热表面的形状，大小，换热表面与流体运动方向的相对位置以及换热表 面的状态（光滑或粗糙）
5) 流体的物理性质 流体的热物理性质对换热的影响很大： 热导率λ ；密度ρ；比热容c ； 动力粘度η ；运动粘度ν ；体胀系数β 综上所述，表面传热系数是众多因素的函数
h f (v, tw , t f , , cp , , ,, l)
在稳定的状态下 壁面与流体之间的对流传热量就等于贴壁处静止流体层的导热量
hx


tw


t

t y

w
,
x
对流传热过程微分方程式
hx取决于流体热导率、温度差和贴壁的温度梯度
要求解一个对流换热问题，获得该问题的对流传热系数或交换的热流量
获得流场的温度分布，即温度场
确定壁面上的温度梯度
计算出在参考温差下的对流传热系数
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状态（层流或湍流）、流速的大 小及其分布、表面粗糙度等。
温度场取决于流场
§8.2 对流传热问题的数学描写
1、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型流体; 3) 流体物性为常数,无内热源;
u
y
4) 流速不高,忽略粘性耗散(摩擦损失) ;
4个未知量：速度 u, v；温度 t；压力 p
需要4个方程
连续性方程 (1) 动量方程 (2) 能量方程 (1)
2、对流传热微分方程组
连续性方程
u v 0 x y
动量方程


u


u u x

v
u y




t y


w
,
x
流体的热导率 W (m C)
t y w,x — 在坐标( x,0)处流体的温度梯度
壁面与流体之间的对流传热量（根据牛顿冷却公式）
qw,x hx (t w -t )
hx — 壁面x处局部表面传热系数 W（m 2 C)
2）动量传递和热量传递的类比法 利用湍流时动量传递和热量传递的类似规律，由湍流时的局部 表面摩擦系数推知局部表面传热系数
3）实验法 用相似理论指导
4、对流传热过程的单值性条件
完整数学描述：对流传热微分方程组+ 单值性条件
1) 几何条件 平板、圆管；竖直圆管、水平圆管；长度、直径等
2) 物理条件 物性参数λ、ρ 、c 和η 的数值，是否随温度和压力变化；有无 内热源、大小和分布
工程流体力学与传热学
第八章 对流传热的理论基础
§8.1 对流传热概说
1、对流传热概念
流体流经固体时流体与固体壁面之间的热量传递现象 对流传热与热对流不同，既有热对 流，也有导热；不是基本传热方式 实例：暖气管道；电子器件冷却等
2、对流传热的特点
1) 导热与热对流同时存在；（边界层 u＝0）
2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 3) 由于流体的黏性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成

a

2t x 2
2t y 2

能量变化 对流项
导热项
3、表面传热系数的确定方法
1）微分方程式的数学解法
a 精确解法（分析解）： 根据边界层理论，得到边界层微分方程组常微分方程求解
b 近似积分法： 假设边界层内的速度分布和温度分布，解积分方程
c 数值解法：近年来发展迅速 可求解很复杂问题：三维、紊流、变物性、超音速
对流传热分类树
6、对流传热的研究方法
分析法 对描写某一类对流换热问题的偏微分方程及相应的定解条件 进行数学求解，从而获得速度场和温度场的分析解的方法。
实验法
目前工程设计的主要依据。 为了减少实验次数，提高实验测定结果的通用性，实验测定应 当在相似原理指导下进行。
比拟法 数值法
通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性，以建立起表 面传热系数见的相互关系的方法。
3) 时间条件 稳态对流换热过程不需要时间条件—与时间无关
4) 边界条件 第一类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的温度值 第二类边界条件：已知任一瞬间对流换热过程边界上的热流密度值
§8.3 边界层概念及边界层换热微分方程组
1、流动边界层
1) 物理现象 当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在靠近壁面处流速 逐渐减小，而在贴壁处流体将被滞止而处于无滑移状态


Fx

p x



2u x 2

2u y 2



v


u v x
v
v y


Fy

p y


2v x 2

2v y 2

能量守恒方程
惯性力
体积力 压力梯度 粘性力
t

u t v t x y
速度梯度很大的边界层；
3、对流传热的基本计算式
牛顿 冷却公式
hA(tw t )
q

A

h(tw
t )
[W ] [W m2 ]
注：h的大小反映了对流传热能力的强弱，而非物性参数。
4、表面传热系数（对流换热系数）
定义式： h [ A(tw t )]
只是对流传热系数h的一种定义方式，并未揭示出h与 影响它的各物理量之间的内在关系
近20年内得到迅速发展，并将会日益显示出其重要的作用。
7、如何从解得的温度场来计算对流传热系数
当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作 用，流体的流速在靠近壁面处随离壁面的距 离的缩短而逐渐降低；
在贴壁处被滞止，处于无滑移状态（即：y=0, u=0） 在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递
qw,x
对流传热的核心问题：如何确定h及增强换热的措施
5、影响对流传热系数h 的各种因素
流体流动起因 流体的流动状态 流体有无相变 换热表面的几何因素 流体的物理性质
1) 流动起因
h强制 h自然
自然对流：流体因各部分温度不同
而引起的密度差异所产
生的流动
强制对流：由外力作用所产生的流