理學(xué)對(duì)流換熱ppt課件-展示頁(yè)
2025-03-31 06:00本頁(yè)面
【正文】 ● 對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱 (1)流體的宏觀運(yùn)動(dòng) + 微觀的導(dǎo)熱 ， 導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過(guò)程 (2) 必須有直接接觸 （ 流體與壁面 ） 和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差 (3) 由于流體的粘性和受壁面摩擦阻力的影響 ， 緊貼壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層 ，對(duì)流換熱的機(jī)理與通過(guò)緊靠換熱面的薄膜層的熱傳導(dǎo)有關(guān) 對(duì)流傳熱過(guò)程 流 體 主 體 t1 滯 流 內(nèi) 層 固 體 壁 面 t2 過(guò)渡層 靠近壁面存在滯流層，該層的傳熱主要依靠流體分子傳導(dǎo)傳熱。 自然界中的種種對(duì)流現(xiàn)象 強(qiáng)制對(duì)流與自然對(duì)流 電子器件冷卻 沸騰換熱原理 空調(diào)蒸發(fā)器、冷凝器 動(dòng)物的身體散熱 對(duì)流傳熱系數(shù)大致數(shù)值范圍 對(duì)流換熱是指流體流經(jīng)固體時(shí)流體與固體表面之間的 熱量傳遞現(xiàn)象 。 ◆ 自然對(duì)流 強(qiáng)迫對(duì)流 對(duì)流換熱的分類(lèi) 對(duì)流換熱應(yīng)用背景介紹 工程上流體流過(guò)一個(gè)物體表面的時(shí)的熱量傳遞過(guò)程，叫做對(duì)流換熱。 NOTE： 強(qiáng)制對(duì)流比自然對(duì)流有較好的傳熱效果。 ◆ 因流體質(zhì)點(diǎn)位置變動(dòng)而形成的 對(duì)流有兩種形式 ： 自然對(duì)流 (natural convection)： 因流體本身各點(diǎn)溫度不同，引起密度差異而形成的流體質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)，稱(chēng)為自然對(duì)流。167。 對(duì)流換熱(convection of heat) ◆ 機(jī)理 :由于流體質(zhì)點(diǎn)變動(dòng)位置并相互碰撞，熱量由能量較高的質(zhì)點(diǎn)傳遞給能量較低的質(zhì)點(diǎn)，從而使熱量傳播。 強(qiáng)制對(duì)流 (forced convection)： 借助于機(jī)械攪拌或機(jī)械作用而引起的流體質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)，稱(chēng)為強(qiáng)制對(duì)流。 ◆ 什么情況下會(huì)發(fā)生對(duì)流傳熱？ 流動(dòng)流體中 對(duì)流： 流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱量傳遞過(guò)程稱(chēng)為對(duì)流。工程上利用這種換熱方式來(lái)實(shí)現(xiàn)許多裝置的熱交換問(wèn)題。 ● 對(duì)流換熱實(shí)例： 1) 暖氣管道 。流體的導(dǎo)熱系數(shù)一般都比較小，因而在這層中有較大的溫度梯度。 過(guò)渡層中的傳熱既有傳導(dǎo)傳熱，也有流體質(zhì)點(diǎn)位移而碰撞的傳熱，該層中存在較小的溫度梯度。 Q 對(duì)流傳熱的膜理論模型 ? 有效膜 ：把過(guò)渡區(qū)和湍流主體的傳熱阻力全部疊加到層流底層的熱阻中，在靠近壁面處構(gòu)成的一層厚度為 δ的流體膜。 普朗特速度邊界層的概念： ?? ? uu y %99?固壁表面附近流體速度劇烈變化的薄層 稱(chēng)為 速度邊界層 ? ， 速度邊界層外的主流區(qū)速度梯度視為零。 Ludwig Prandtl 18751953 dyduyx ?? ?普朗特速度邊界層的概念： 層流 ：流體分層流動(dòng)，各層間無(wú)摻混。 如何區(qū)分？ 流動(dòng)形態(tài)與流速，距離和流體物性相關(guān) 臨界雷諾數(shù) Rec Osborne Reynolds 18421912 普朗特速度邊界層的概念： 光滑平板： Rec＝ 5105 光滑圓管： Rec＝ 2100 ??? cccxuxu ?? ???粘性力慣性力Rexxc, ReRec 層流 xxc, ReRec 湍流 層流底層（粘性底層） ：緊靠壁面處，粘性力占主導(dǎo)地位，使粘附于壁的一極薄層仍然會(huì)保持層流特征。 邊界層的特點(diǎn)： ? 邊界層厚度 δ t， δ 與壁面尺寸相比是小量，而 δ t與 δ 量級(jí)一致； ? 邊界層內(nèi)速度梯度和溫度梯度很大； ? 流動(dòng)區(qū)域分為邊界層區(qū)和主流區(qū)，主流區(qū)的速度梯度和溫度梯度可忽略； ? 邊界層內(nèi)存在層流和湍流形態(tài)。對(duì)流換熱問(wèn)題主要集中于邊界層內(nèi)，主流視為理想流體； ? 應(yīng)用邊界層概念可以有效簡(jiǎn)化微分方程組。 ? ?W )(Q ??? tthA w? ?2mW )( Qfw tthAq???牛頓冷卻式 : 只是對(duì)流換熱系數(shù)的一個(gè)定義式，它并沒(méi)有揭示 與影響它的各物理量間的內(nèi)在關(guān)系，研究對(duì)流換熱的任務(wù)就是要揭示這種內(nèi)在的聯(lián)系，確定計(jì)算表面換熱系數(shù)的表達(dá)式。因 t2t1，所以 ρ 2ρ 1。于是在重力場(chǎng)內(nèi)，單位體積流體由于密度不同所產(chǎn)生的浮升力為 強(qiáng)制對(duì)流： 由外力（如：泵、風(fēng)機(jī)、水壓頭）作用所產(chǎn)生的流動(dòng) 自然強(qiáng)制 hh ?? ? tgg ??? ???? 221如空氣自然對(duì)流的 h值約為 525 W/(m2℃) 。 (3) 換熱表面的幾何因素： 內(nèi)部流動(dòng)對(duì)流換熱：管內(nèi)或槽內(nèi) 外部流動(dòng)對(duì)流換熱：外掠平板、圓管、管束 形狀有圓管、翅片管、管束、平板、螺旋板等；傳熱面有水平放置、垂直放置以及管內(nèi)流動(dòng)、管外沿軸向流動(dòng)或垂直于軸向流動(dòng)等；傳熱面尺寸有管內(nèi)徑、管外徑、管長(zhǎng)、平板的寬與長(zhǎng)等。 (4) 流體有無(wú)相變 單相換熱： 相變換熱： 凝結(jié)、沸騰、升華、凝固、融化等 （ Single phase heat transfer） （ Phase change） （ Condensation） （ Boiling） 單相相變 hh ?上述諸影響因素是針對(duì)無(wú)相變化的單相介質(zhì)而言。因?yàn)橄嘧儠r(shí)液體吸收汽化熱r(J/kg)變?yōu)檎羝?，或蒸汽放出汽化熱變?yōu)橐后w。 (5) 流體的熱物理性質(zhì)： 熱導(dǎo)率 ]C)(mW[ ???密度 ]mkg[ 3?比熱容 ]C)(k gJ[ ??c動(dòng)力粘度 ]msN[ 2??運(yùn)動(dòng)粘度 ]sm[ 2??? ?體脹系數(shù) ]K1[ ?pp TTvv ??????????????????? ???11以單相強(qiáng)制對(duì)流傳熱為例 ， 在把高速流動(dòng)排除在外時(shí) ， 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可表示為 自然對(duì)流換熱增強(qiáng) ?????? h?)( 多能量單位體積流體能攜帶更、 ??? hc?)( 熱對(duì)流有礙流體流動(dòng)、不利于??? h?)( 間導(dǎo)熱熱阻小流體內(nèi)部和流體與壁面1） 熱導(dǎo)率 滯流內(nèi)層的溫度梯度一定時(shí) ， 流體的導(dǎo)熱系數(shù)愈大 ， 對(duì)流傳熱系數(shù)也愈大 。 3） 比熱和密度 cp：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的熱容量。 4）體積膨脹系數(shù)
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