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传热学作业---《场协同原理》航空航天工程学部04040203班2010040402084蔡莉2013年5月31日场协同原理04040203班2010040402084蔡莉一、内容该原理认为，在速度场、温度梯度分布一定的条件下，二者之间的夹角(场协同角)对对流传热强度有重要影响，夹角越小，传热强度愈高。
⏹场协同概念：流动当量热源不仅取决于速度场、热流场、夹角场的绝对值，还取决于这三个标量值的相互搭配。
对流换热中速度场与热流场的配合能使无因次流动当量热源强度提高，从而强化传热，此时称速度场与热流场协同较好。
理论研究表明,流体与壁面之间的换热率与速度场和温度梯度场(热流场)的协同程度有着密切关系。
当换热系统中的速度场和温度梯度场达到充分协同时,换热就达到最优,流体流动所需功耗与其换热率的投入产出比就会达到最佳。
根据速度场和温度梯度场的协同程度,表征对流换热强度的准则数Nusselt数存在着上限和下限,分别是Nu=Re•Pr和Nu=0,一般换热结构的换热率均处在此上、下限之间.该理论被称为场协同理论,它的建立无疑对强化传热技术的发展有重要促进作用。
强化能量的传递与转换过程是人们所关注的重要课题, 几十年来人们进行了大量的理论与实验研究, 取得了很大的进展并获得实际的应用。
然而, 在研究其强化机制方面一直缺乏统一的理论。
例如, 在研究强化对流热传输时, 无论是理论分析、实验研究还是数值计算都把注意力集中于讨论和求得对流换热系数h 和反映对流换热强度的无量纲数Nu。
过增元等[2][3]从场协同的观点分析了对流换热的机制, 提出了场协同原理, 指出换热强度的大小不仅取决于温度梯度、流体的速度和物性,还取决于速度场与热流场的协同程度。
⏹对流换热的物理机制（1）对流换热从本质上来说是具有内热源的导热，流体的运动起着当量热源的作用。
（2）对流换热的强度取决于当量热源的强度，它不仅取决于流体与固壁的温差、流动速度和流体的热物理性质和输运性质，而且还取决于流体速度矢量与热流矢量的夹角。
场协同原理传热传热是物质内部或不同物质之间热能传递的过程，它对于我们的生活和工业生产都具有重要的意义。
在传热的过程中，场协同原理扮演着重要的角色。
本文将介绍场协同原理传热的概念、应用和影响。
场协同原理传热是指通过场的协同作用，促进热能的传递。
在热传导、辐射和对流等传热过程中，场协同原理起到了关键的作用。
首先，场协同原理在热传导中发挥了重要的作用。
热传导是指通过物质内部分子之间的碰撞，将热能从高温区域传递到低温区域的过程。
在传热的过程中，场协同原理能够加速分子之间的碰撞，从而增强热传导的效果。
通过增强分子之间的碰撞频率和能量传递，场协同原理能够提高物体内部的热传导速率，加快热能的传递。
其次，场协同原理在辐射传热中也起到了重要的作用。
辐射传热是指物体通过热辐射的方式向外界传递热能。
辐射传热的速率与物体表面的辐射能力和温度的四次方成正比。
场协同原理能够通过改变物体表面的辐射能力，提高热辐射的效果。
例如，利用特殊表面涂层可以增加物体的辐射能力，从而提高辐射传热的速率。
此外，场协同原理在对流传热中也起到了重要的作用。
对流传热是指通过流体的流动将热能从一个地方传递到另一个地方的过程。
在对流传热中，流体流动形成的湍流可以增强热传递效果。
场协同原理可以通过改变流体流动的方式，增加湍流的程度，从而提高对流传热速率。
通过场协同原理传热，可以达到以下几个效果。
首先，提高传热效率。
通过改善传热介质的性质和流动状态，可以提高传热效率，减少能量的损失。
其次，实现能源节约。
传热是众多工业生产过程中不可或缺的环节，通过场协同原理传热，可以减少能源的消耗，实现能源的节约。
最后，改善环境质量。
传热是导致环境污染和能源浪费的主要原因之一，通过场协同原理传热，可以减少热能的损失和环境污染，提高环境质量。
综上所述，场协同原理传热具有重要的意义和应用。
在热传导、辐射和对流等传热过程中，通过场协同的作用，可以提高传热效率，实现能源节约和改善环境质量。
场协同原理---------------传热学学院：航空航天工程学部专业：热能与动力工程班级：04040203学号: *************姓名：**一．场协同原理为了分析流体流动过程, 降低流动阻力, 提出了流动速度与速度梯度在整个流动区域内协同的概念, 认为流体在流动过程中所受的阻力不仅受流动速度和速度梯度的影响, 同时也取决于它们之间的协同程度. 在此基础上, 提出了流体流动过程中的最小机械能耗散原理, 认为在整个流动区域内, 流动速度与速度梯度的协同程度越低, 流体流动过程中的黏性耗散越小, 流体阻力也越小. 同时, 根据最小机械能耗散原理, 在一定约束条件下对黏性耗散函数求极值, 获得了流体流动场协同方程, 求解场协同方程获得了最佳流场, 使流体在流动过程中的黏性耗散取最小值, 流动阻力最低. 最后,以并联管路的流量分配为例, 根据最小机械能耗散原理对速度分配器进行了优化设计, 降低流体在并联管路中的流动阻力.二．场协同原理的适用性从边界层（抛物型）流动推广至回流（椭圆型）流动；从层流流动推广到湍流流动；从稳态流动推广到一维瞬态流动；从单股流流动推广至两股流换热器。
三强化换热器传热性能研究的重要性由于传热强化技术能够提高各种换热设备的效率、降低其质量和体积, 所以一直受到科技界和工业界的重视。
20 世纪70 年代初出现的世界性能源危机, 使传热强化技术获得了快速发展。
到了90 年代初, 每年发表的有关传热强化的文献成倍地增长[ 1- 3] 。
这是因为换热器在国民生产各部门具有举足轻重的地位, 尤其在制冷空调领域更是重中之重。
根据传热的基本公式Q = K F$t , 换热量Q的增加可通过提高传热系数K 、扩展传热面积F和加大传热温差$t 来实现[ 4] 。
围绕上述 3 条增强传热的基本途径而采取的一系列技术措施即形成增强传热的方法[ 5- 6] : 1 改变流体的流动情况;o 改变流体物性; 改变换热表面情况。
传热学作业---《场协同原理》航空航天工程学部04040203班2010040402084蔡莉2013年5月31日场协同原理04040203班2010040402084蔡莉一、内容该原理认为，在速度场、温度梯度分布一定的条件下，二者之间的夹角(场协同角)对对流传热强度有重要影响，夹角越小，传热强度愈高。
⏹场协同概念：流动当量热源不仅取决于速度场、热流场、夹角场的绝对值，还取决于这三个标量值的相互搭配。
对流换热中速度场与热流场的配合能使无因次流动当量热源强度提高，从而强化传热，此时称速度场与热流场协同较好。
理论研究表明,流体与壁面之间的换热率与速度场和温度梯度场(热流场)的协同程度有着密切关系。
当换热系统中的速度场和温度梯度场达到充分协同时,换热就达到最优,流体流动所需功耗与其换热率的投入产出比就会达到最佳。
根据速度场和温度梯度场的协同程度,表征对流换热强度的准则数Nusselt数存在着上限和下限,分别是Nu=Re•Pr和Nu=0,一般换热结构的换热率均处在此上、下限之间.该理论被称为场协同理论,它的建立无疑对强化传热技术的发展有重要促进作用。
强化能量的传递与转换过程是人们所关注的重要课题, 几十年来人们进行了大量的理论与实验研究, 取得了很大的进展并获得实际的应用。
然而, 在研究其强化机制方面一直缺乏统一的理论。
例如, 在研究强化对流热传输时, 无论是理论分析、实验研究还是数值计算都把注意力集中于讨论和求得对流换热系数h 和反映对流换热强度的无量纲数Nu。
过增元等[2][3]从场协同的观点分析了对流换热的机制, 提出了场协同原理, 指出换热强度的大小不仅取决于温度梯度、流体的速度和物性,还取决于速度场与热流场的协同程度。
⏹对流换热的物理机制（1）对流换热从本质上来说是具有内热源的导热，流体的运动起着当量热源的作用。
（2）对流换热的强度取决于当量热源的强度，它不仅取决于流体与固壁的温差、流动速度和流体的热物理性质和输运性质，而且还取决于流体速度矢量与热流矢量的夹角。
第二章 稳态导热本章重点：具备利用导热微分方程式建立不同边界条件下稳态导热问题的数学模型的能力第一节 通过平壁的导热1-1 第一类边界条件 研究的问题：（1）几何条件：设有一单层平壁，厚度为δ，其宽度、高度远大于其厚度（宽度、高度是厚度的10倍以上）。
这时可认为沿高度与宽度两个方向的温度变化率很小，温度只沿厚度方向发生变化。
（属一维导热问题）（2）物理条件：无内热源，材料的导热系数λ为常数。
（3） 边界条件：假设平壁两侧表面分别保持均匀稳定的温度1w t 和2w t ，21w w t t >。
（为第一类边界条件，同时说明过程是稳态的）求：平壁的温度分布及通过平壁的热流密度值。
方法1 导热微分方程：采用直角坐标系，这是一个常物性、无内热源、一维稳态导热问题（温度只在 x 方向变化）。
导热微分方程式为：022=dxtd （2-1）边界条件为：10w x t t == ， 2w x t t ==δ （2-2）对式（2-1）连续积分两次，得其通解： 21c x c t += （2-3）这里1c 、2c 为常数，由边界条件确定 ，解得：⎪⎩⎪⎨⎧=-=11221ww w t c t t c δ （2-4）最后得单层平壁内的温度分布为： x t t t t w w w δ211--= （2-5）由于δ 、1w t 、2w t 均为定值。
所以温度分布成线性关系，即温度分布曲线的斜率是常数（温度梯度），const t t dx dt w w =-=δ12 （2-6）热流密度为：)(21w w t t dx dt q -=-=δλλ2/m W （2-7） 若表面积为 A, 在此条件下 , 通过平壁的导热热流量则为 :t A qA ∆==Φδλ W （2-8）考虑导热系数随温度变化的情况：对于导热系数随温度线形变化，即)1(0bt +=λλ，此时导热微分方程为：0=⎪⎭⎫⎝⎛dx dt dx d λ 解这个方程，最后得：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+)(211212121121122w w w w w w t t b x t t bt t bt t δ 或 x tt t t b b t b t w w w w w δ12211)(21122-⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+说明：壁内温度不再是直线规律，而是按曲线变化。
