對(duì)流傳熱理論基礎(chǔ)ppt課件(參考版)
2025-05-07 22:07本頁面
【正文】 【 例 】 流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的換熱問題 在研究該問題時(shí)，通常采用管道的內(nèi)直徑 d作為特征尺寸，而用管道內(nèi)截面上的平均流速 um作為特征流速，相應(yīng)的無量綱準(zhǔn)則為 : Θ u Θ=(ttw)/(tftw) ? ?PrR e ,fNu ??? duhdNu m?? Re,【 例 】 利用數(shù)量級(jí)分析方法，對(duì)流體外掠平板流動(dòng)，從動(dòng)量微分方程導(dǎo)出邊界層厚度如下變換關(guān)系式 222 ????????????????uuvxuuyuyuvxuuxx Re1~?【 分析 】 ?~,~,~ yxxuu ?動(dòng)量微分方程各項(xiàng)數(shù)量級(jí) 的數(shù)量級(jí)未知v?根據(jù)數(shù)量級(jí)關(guān)系 xuxx x ????? ~Re1~22 【 例 】 利用數(shù)量級(jí)分析方法，對(duì)流體外掠平板流動(dòng)，從動(dòng)量微分方程導(dǎo)出邊界層厚度如下變換關(guān)系式 xx Re1~?xuvvxuyvxu???????????~ 0 【 解 】 連續(xù)性方程數(shù)量級(jí) 則動(dòng)量微分方程各項(xiàng)數(shù)量級(jí) Re1~~~ 2222222xxuxuxuuuuxxuuyuyuvxuu?????????????????????????????第五章 對(duì)流換熱 99 作業(yè)： 51， 52， 510， 511 。對(duì)于不同的流場定性溫度的選擇是不同的。 如，流體流過平板，來流速度被選擇為特征尺寸；流體管內(nèi)流動(dòng)，管子截面上的平均流速可作為特征流速；流體繞流圓柱體流動(dòng)，來流速度可選擇為特征流速。 ? 特征流速 反映了流體流場的流動(dòng)特征。 ?特征尺寸 反映了流場的幾何特征，對(duì)于不同的流場特征尺寸的選擇是不同的。 ? 由于 無量綱 準(zhǔn)則由過程量、幾何量和物性量組成，其的引入 從而 使實(shí)驗(yàn)研究的變量數(shù)目顯著減少 ，這對(duì)減少實(shí)驗(yàn)工作量和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)間、難度至關(guān)重要。 λhLNu ?努謝特?cái)?shù)定義 ：在壁面法線上流體無量綱溫度梯度 Nu反映了給定流場的 換熱能力 與其 導(dǎo)熱能力 的對(duì)比關(guān)系。 PrRePe2?????? ??alultltuc p??貝克萊數(shù)，它表征了給定流場的 熱對(duì)流能力 與其 熱傳導(dǎo)能力 的對(duì)比關(guān)系。對(duì)于這里討論的流體流過平板而言，當(dāng) 5 105左右時(shí)層流流動(dòng)就會(huì)變?yōu)槲闪髁鲃?dòng)。/ww ttttLyYLxXuvVuuU???????????0?????? yvxu；0??????? ????lyuvlulxuulu0)( ＝＋ YVXUlu ????? ??連續(xù)性方程 0＝＋ YVXU ?????22YUluYUVXUU????????????動(dòng)量方程 22yuyuvxuu???????????????? ??22Re1YUYUVXUU?????????2222YUluYUVXUUlu??????????????? ?? ??222 YltλYVXUtlucp ???????????????????? ???能量方程 22ytytvxtucp ???????????????? ??22YaluYVXU ???????????????????? ??22PrRe1YYVXU ?????????????22Pe1YYVXU ????????????0?? ????? yw ytttλh0??? ??????????????? Yww YlλYlttttλh?表面換熱系數(shù)微分方程 0Nu???????YYhl?表征粘性力表征慣性力，２2lulu ?? ??☆☆ 從以上分析得知 表征熱傳導(dǎo)的熱量表征熱對(duì)流的熱量， 2l tl tuc p ??? ??單位（ ）或（ ） 單位（ ）或（ ） 定義為雷諾數(shù)，表征了給定流場的 慣性力與其黏性力的對(duì)比關(guān)系 ， 也就是反映了這兩種力的相對(duì)大小。/。 )/()(。 二維、穩(wěn)態(tài)、常物性、不可壓縮、不計(jì)重力、無內(nèi)熱源、無粘性耗散、牛頓流體的外掠平板強(qiáng)制換熱。 流場中的任一無量綱變量均可表示為其余無量綱變量和無量綱準(zhǔn)則的函數(shù)形式。 步驟 ： 首先選取對(duì)流換熱過程中有關(guān)變量的特征值，將所有變量無量綱化，進(jìn)而導(dǎo)出無量綱形式的對(duì)流換熱微分方程組。 有關(guān)外掠平板更多關(guān)聯(lián)式見 P220221 ? ?? ?Pr,ReNu,fclufh p?? ???結(jié)論 ? 由于對(duì)流換熱是復(fù)雜的熱量交換過程，所涉及的變量參數(shù)比較多，常常給分析求解和實(shí)驗(yàn)研究帶來困難。 當(dāng) Pr1時(shí)， υa， 粘性擴(kuò)散 熱量擴(kuò)散， 流動(dòng)邊界層厚度 溫度邊界層厚度。即速度分布的解與溫度分布完全相同，此時(shí)流動(dòng)邊界層厚度等于溫度邊界層厚度。 ?數(shù)學(xué)描述 在同一位置上熱邊界層厚度與速度邊界層厚度的相對(duì)大小與流體的熱擴(kuò)散特性和動(dòng)量擴(kuò)散特性的相對(duì)大小有關(guān)。xtyt ???????????? 0?????? yvxu ???????????????????2222ytxtaytvxtu ? ???????????????????????22221yuxuxpyuvxuu ?????????????????????????22221yvxvypyvvxvu ??? xuρuxpxpxpypdddddd忽略??????????努利方程計(jì)算確定：則其可應(yīng)用理想流體伯?簡化結(jié)果 ?????????????????????????????????2222dd10ytaytvxtuyuxpyuvxuuyvxu?? 三個(gè)未知數(shù)，三個(gè)方程，方程組封閉，對(duì)于簡單的層流對(duì)流換熱問題，可進(jìn)行分析求解。 小結(jié) ? 邊界層概念的意義 ? 縮小計(jì)算區(qū)域，可將對(duì)對(duì)流換熱問題的研究集中于邊界層區(qū)域內(nèi)； ? 邊界層內(nèi)的流動(dòng)和換熱可利用邊界層的特點(diǎn)進(jìn)一步簡化。層流底層內(nèi)的速度梯度與溫度梯度遠(yuǎn)大于核心層。 Tw 2）熱邊界層厚度 當(dāng)壁面與流體之間的溫差達(dá)到壁面與來流流體之間的溫差的，即 ，此位置就是邊界層的外邊緣，而該點(diǎn)到壁面之間的距離則是 熱邊界層的厚度 ,記為 δt(x) )/()( ??? ?tttt ww湍流 ：溫度呈冪函數(shù)分布 層流 ：溫度呈拋物線分布 ? ? 0?? ?????yw y
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