【正文】 的。 3. 定義 這一薄層稱為流動邊界層（速度邊界層），通常規(guī)定： （主流速度）處的距離 為流動邊界層厚度，記為 。在 y=0處， u=0；此后隨ｙ增大，ｕ也增大。 52 邊界層概念及邊界層換熱微分方程組 1. 物理現(xiàn)象 當粘性流體在壁面上流動時，由于粘性的作用，在貼附于壁面的流體速度實際上等于零，在流體力學中稱為貼壁處的無滑移邊界條件。 換熱系數(shù)與流場的溫度分布有關，因此，它與流速、流態(tài)、流動起因、換熱面的幾何因素、流體物性均有關 。 沸騰換熱 管內(nèi)沸騰 珠狀凝結(jié) 相變對流換熱 大容器沸騰 膜狀凝結(jié) 凝結(jié)換熱 對流換熱 單相對流換熱 相變對流換熱 ? 對流換熱：導熱 + 熱對流；壁面 +流動 ? 由于 流動起因 的不同 ， 對流換熱分為強制對流換熱與自然對流換熱兩大類； ? 粘性流體存在著層流及湍流兩種不同的 流態(tài) ， 分為層流對流換熱與湍流對流換熱； ? 按照 流體與固體壁面的接觸方式 ， 對流換熱可分為內(nèi)部流動換熱和外部流動換熱；內(nèi)部流動對流換熱：管內(nèi)或槽內(nèi)外部流動對流換熱：外掠平板 、 圓管 、 管束 ? 按照流體在換熱中 是否發(fā)生相變 可分為單相流體對流換熱和相變對流換熱；單相換熱和相變換熱：凝結(jié) 、沸騰 、 升華 、 凝固 、 融化等 6 對流換熱的分類： 管內(nèi)強制對流換熱 流體橫掠管外強制對流換熱 流體縱掠平板強制對流換熱 單相對流換熱 自然對流 混合對流 強制對流 大空間自然對流 層流 紊流 有限空間自然對流 層流 紊流 對流換熱分類 7 對流換熱過程微分方程式 當粘性流體在壁面上流動時 ， 由于粘性的作用 ，在貼壁處被滯止 ， 處于無滑移狀態(tài) （ 即： y=0, u=0） 在這極薄的貼壁流體層中， 熱量只能以導熱方式傳遞 根據(jù)傅里葉定律： y = 0 tqy? ?????為貼壁處壁面法線方向上的流體溫度變化率為流體的導熱系數(shù) ? ? 0yty ???0ythty??????? h 取決于 流體熱導系數(shù)、溫度差和貼壁流體的溫度梯度 將牛頓冷卻公式與上式聯(lián)立，即可得到 對流換熱過程微分方程式 換熱微分方程式給出了計算對流換熱壁面上熱流密度的公式，也確定了對流換熱系數(shù)與流體溫度場之間的關系。溫度對粘度影響較大 ， 對應液體 ， 粘度隨溫度增加而降低 ，氣體相反 。 （ 2） 比熱容與密度：比熱容與密度大的流體 ， 單位體積攜帶更多的熱量 ， 從而對流作用傳遞熱量的能量高 。 ● 對流換熱實例： 1) 暖氣管道 。 ?到目前為止，對流換熱問題的研究還很不充分。 51 對流換熱概說 ? 本節(jié)重點 ? １ ． 對流換熱的概念：流體固體壁面； ? 2． 對流換熱中 ， 導熱和對流同時起作用； ? 3． 對流換熱的影響因素： ， h—— 過程量； ? 4． 對流換熱系數(shù)如何確定 ： 牛頓公式 ?Q h A t?只是對流換熱系數(shù) h的一個定義式，它并沒有揭示 h 與影響它的各物理量間的內(nèi)在關系，研究對流換熱的任務就是要揭示這種內(nèi)在的聯(lián)系，確定計算表面換熱系數(shù)的表達式 。 56 外部流動強制對流換熱實驗關聯(lián)式 ? 167。 54 相似原理的應用 ? 167。 52邊界層的概念及邊界層微分方程組 ? 167。第五章 對流換熱 ? 167。 51 對流換熱概述 ? 167。 53 相似原理及量綱分析 ? 167。 55 內(nèi)部流動強制對流換熱實驗關聯(lián)式 ? 167。 57 自然對流換熱及實驗關聯(lián)式 本章內(nèi)容要求： ? 重點內(nèi)容：對流換熱及其影響因素；牛頓冷卻公式；用分析方法求解對流換熱問題的實質(zhì)；邊界層概念及其應用；相似原理；無相變換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及換熱量的計算 ? 掌握內(nèi)容：對流換熱及其影響因素；用分析方法求解對流換熱問題的實質(zhì) 167。 ?自然界普遍存在對流換熱，它比導熱更復雜。 (a) 某些方面還處在積累實驗數(shù)據(jù)的階段； (b) 某些方面研究比較詳細，但由于數(shù)學上的困難； 使得在工程上可應用的公式大多數(shù)還是經(jīng)驗公式（實驗結(jié)果） 1 對流換熱的定義 對流換熱是指流體流經(jīng)固體時流體與固體表面之間的 熱量傳遞現(xiàn)象 。 2) 電子器件冷卻； 3)電風扇 ● 對流換熱與熱對流不同，既有熱對流，也有導熱；不是基本傳熱方式 (1) 對流換熱的特點 １ ） 必須有流體的宏觀運動 ， 必須有溫差； ２ ） 對流換熱既有熱對流 ， 也有熱傳導； ３ ） 流體與壁面必須有直接接觸； ４）沒有熱量形式之間的轉(zhuǎn)化 2 對流換熱的特點 3 對流換熱的基本計算式 ? ?W )( ??? tthAΦ w2 ( ) W mwq Φ Ah t t ?????? ??牛頓冷卻式 : 4 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換熱系數(shù) ） —— 當流體與壁面溫度相差 1度時 、 每單位壁面面積上 、 單位時間內(nèi)所傳遞的熱量 ))(( ??? ttAΦh w ? ?C)(mW 2 ??如何確定 h及增強換熱的措施是對流換熱的核心問題 h （ 1）分析法 （ 2） 實驗法 （ 3） 比擬法 （ 4） 數(shù)值法 研究對流換熱的方法： 5 影響對流換熱系數(shù)的因素 ? 流體流動的起因 ? 流體有無相變 ? 流體的流動狀態(tài) ? 換熱表面的幾何因素 ? 流體的物理性質(zhì) h(1) 流動起因 自然對流： 流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生的流動 強制對流： 由外力（如：泵、風機、水壓頭）作用所產(chǎn)生的流動 自然強制 hh ?(2) 流動狀態(tài) 層流湍流 hh ? 單相相變 hh ?層流：整個流場呈一簇互相平行的流線 湍流：流體質(zhì)點做復雜無規(guī)則的運動 （紊流） （ Laminar flow） （ Turbulent flow） (3) 流體有無相變 單相換熱： 相變換熱： 凝結(jié)、沸騰、升華、凝固、融化 (4) 換熱表面的幾何因素： 內(nèi)部流動對流換熱： 管內(nèi)或槽內(nèi) 外部流動對流換熱： 外掠平板、圓管、管束 (5) 流體的熱物理性質(zhì)： 熱導率 ]C)(mW[ ???密度 ]mkg[ 3?比熱容 ]C)( k gJ[ ??c動力粘度 ]msN[ 2??運動粘度 ]sm[ 2??? ?體脹系數(shù) ]K1[ ?pp TTvv ??????????????????? ???11（ 1） 導熱系數(shù)：導熱系數(shù)大 ， 流體內(nèi)和流體與壁之間的導熱熱阻小 ， 換熱就強 ， 入水的導熱導熱系數(shù)比空氣高 20余倍 ， 故水的傳熱系數(shù) h遠比空氣高 。 （ 3） 粘度：粘度大 ， 阻礙流體的運動 ， 不利于熱對流 。 自然對流換熱增強 ?????? h?)( 多能量單位體積流體能攜帶更、 ??? hc?)( 熱對流有礙流體流動、不利于??? h?)( 間導熱熱阻小流體內(nèi)部和流體與壁面綜上所述，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是眾多因素的函數(shù)： ) , , , , , , , , ,( Ωlcttvfh pfw ?????由于流體內(nèi)各處溫度并不相等，以至各處的物性數(shù)值也不系統(tǒng)，為處理方便起見，一般引入定性溫度，將熱物性作為常數(shù)處理。 ? ?0?? ??????ywc ytttq ??0???? yytt?? ＝－求解一個對流換熱問題，獲得該問題的對流換熱系數(shù)或交換的熱流量，就必須首先獲得流場的溫度分布 。 溫度梯度或溫度場取決于流體熱物性、流動狀況（層流或紊流）、流速的大小及其分布、表面粗糙度等 ? 溫度場取決于流場 速度場和溫度場由對流換熱微分方程組確定： 質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程 層流底層 緩沖層 ?u湍流 過渡流 層流 cxyx? ??167。 2. 實驗測定 若用儀器測出壁面法向（ y向）的速度分布，如上圖所示。經(jīng)過一個薄層后ｕ接近主流速度。 ?? 9uuy ?4. 數(shù)量級 流動邊界層很薄，如空氣，以 掠過平板，在離前緣 處的邊界層厚度約為 。在 的薄層中，氣流速度從 變到 ，其法向平均變化率高達 。 x? x ? ?2Nm? ??kg m s?6. 掠過平板時邊界層的形成和發(fā)展 cx?u(1) 流體以速度 流進平板前緣后，邊界層逐漸增厚，但在某一距離 以前會保持層流 。自 處起，層流向湍流過渡（ 過渡區(qū) ），進而達到旺盛湍流，故稱 湍流邊界層 。在層流底層中具有較大的速度梯度。 ? 對管內(nèi)流動： 為層流 為湍流 ? 對縱掠平板： 一般取 ?Re 23 00c?? 5R e 5 10cRec?Re 10000c8. 小結(jié) 綜上所述，流動邊界層具有下列重要特性 (1) 流場可以劃分為兩個區(qū)： ?NS (b)主流區(qū) —— 邊界層外，流速維持 不變，流動可以作為理想流體的無旋流動，用描述理想流體的運動微分方程求解。 (2) 邊界層厚度與壁面尺度相比，是一個很 小的量 。 ? 湍流邊界層 —— 在緊貼壁面處，仍有一層極薄層保持層流狀態(tài)，稱為層流 底層。 (4) 在邊界層內(nèi)，粘滯力與慣性力數(shù)量級相同。 在 處，流體溫度等于壁溫 ， ?0y ? wtt? ? ? 0wtt?? 當流體流過平板而