【正文】 的分析。流體以來流速度u?和來流溫度 t?流過一個溫度為 tw的固體壁面。 ?對流換熱特征 y t∞ u∞ tw qw x Case1： When the fluid molecules make contact with solid surface, what do you expect to happen? 1. they will rebound off the solid surface 2. they will be absorbed into the solid surface 3. they will adhere to the solid surface 結(jié)論： 由于固體壁面對流體分子的吸附作用 ，使得 壁面上的流體 是 處于不流動或不滑移的狀態(tài) 。流體速度從壁面上的零速度值逐步變化到來流的速度值。 ?對流換熱的基本計算式 )( ??? tthAΦ w )( ???? tthAΦq w牛頓冷卻公式： y t∞ u∞ tw qw x ? 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換熱系數(shù)） ?數(shù)值上等于當流體與壁面溫度相差 1K時 、 每單位壁面面積上 、 單位時間內(nèi)所傳遞的熱量 。 ? ???? ttAΦhw?換熱微分方程式 壁面 上的流體分子層由于受到固體壁面的吸附是處于不滑移的狀態(tài)，其流速應為零，那么通過它的 熱流量只能依靠導熱的方式傳遞 。 ?研究對流換熱的目的是揭示表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與影響它的有關量之間的內(nèi)在關系，并能定量計算對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h 。 小結(jié) 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可看成如下量的函數(shù) ? ?, ???? lrcttufh fw? 對流換熱的分類 ?????????????????????????????????????????????????管內(nèi)凝結(jié)管外凝結(jié)凝結(jié)換熱管內(nèi)沸騰大容器沸騰沸騰換熱有相變無相變對流換熱混合對流有限空間自然對流大空間自然對流自然對流射流沖擊換熱的對流換熱外掠其他截面形狀柱體熱外掠圓管管束的對流換熱外掠單根圓管的對流換外掠平板的對流換熱外部流動熱非圓管道內(nèi)強制對流換圓管內(nèi)強制對流換熱內(nèi)部流動強制對流??????????????????????????? 研究重點： ? 管槽內(nèi)強制對流換熱 ? 外掠單管與管束的強制對流換熱 ? 大空間自然對流換熱 ? 豎壁和橫管膜狀凝結(jié)換熱 ? 大容器飽和沸騰換熱 （ 1） 分析法 （ 2） 實驗法 （ 3）比擬法 （ 4）數(shù)值法 對流換熱的研究方法 ?對流換熱的分析方法（ Analysis Method） ? 將流體視為連續(xù)的介質(zhì)，取微元體考慮 ? 運用 動量守恒定律、能量守恒定律 、質(zhì)量守恒原理 得出流體運動和熱量傳遞的偏微分方程 ? 結(jié)合定解條件，進行數(shù)學求解 分析解能深刻揭示各物理量對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的依變關系，是評價其他方法的標準和依據(jù)。 第五章 對流換熱 23 對流換熱的實驗法（ Experiment Method） ? 以相似原理為指導 ? 以準則數(shù)形式表達 第八講 基于相似原理的實驗研究是目前獲得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關系式的主要途徑，是對流換熱討論的重點 ?對流換熱的比擬法（ Analogy Method） ? 研究動量傳遞與熱量傳遞的共性或類似特性 ? 建立表面換熱系數(shù)與阻力系數(shù)間的關系 ? 利用實驗測定阻力系數(shù) (工程流體力學 ) ? 通過阻力系數(shù)推斷表面換熱系數(shù) ? 此法主要用于湍流換熱計算領域（早期） 此法依據(jù)動量傳遞與熱量傳遞在機理上的相似性，對三傳過程理解與分析很有幫助。 換熱過程的數(shù)學描寫 ? 為便于分析， 假設 a)二維對流換熱 b) 流體為不可壓縮的牛頓型流體，（即：服從牛頓粘性定律的流體；而油漆、泥漿等不遵守該定律，稱非牛頓型流體） yu??? ??c) 所有物性參數(shù)（ ?、 cp、 ?、 ?）為常量，無內(nèi)熱源 4個未知量： 速度 u、 v；溫度 t；壓力 p 需要 4個方程 : 連續(xù)性方程（ 1） 。能量方程（ 1） 流體的連續(xù)流動遵循 質(zhì)量守恒（ mass balance） 規(guī)律。 另 M 為質(zhì)量流量， [kg/s]。 yuM x d??單位時間內(nèi)、沿 x軸方向、經(jīng) x表面流入微元體的質(zhì)量 單位時間內(nèi)、沿 x軸方向、經(jīng)x+dx表面流出微元體的質(zhì)量 xxMMM xxdxx d?????單位時間內(nèi)、沿 x軸方向流入微元體的凈質(zhì)量 ： yxx uxxMMM xdxxx dd)(d ????????? ? ?同理， 單位時間內(nèi)、沿 y 軸方向流入微元體的凈質(zhì)量 ： 單位時間內(nèi)微元體內(nèi)流體質(zhì)量的變化 : yxy vyyMMM yyyy dd)(dd ????????? ? ?yxyx dd)dd( ???? ?????單位時間： 流入微元體的凈質(zhì)量 = 微元體內(nèi)流體質(zhì)量的變化 0????????? yvxu ????連續(xù)性方程： 對于二維、穩(wěn)定、常物性流場 ： yxxu dd)(??? ? yxyv dd)(??? ? yx dd?????0?????? yvxu能量微分方程式描述流體溫度場 —— 能量守恒 [導入與導出的凈熱量 ] + [熱對流傳遞的凈熱量 ] + [內(nèi)熱源發(fā)熱量 ] = [總能量的增量 ] + [對外 作 膨脹功 ] 能量微分方程 Q = ?E + W 內(nèi)熱源對流導熱— ?? K UUE ???? —W — 體積力 (重力 )作 的功 表面力 作 的功 W — 體積力 (重力 )作 的功 表面力 作 的功 （ 1）壓力作的功： a) 變形功； b) 推動功 （ 2） 表面應力（法向 +切向） 作的功： a) 動能； b) ?? ?UK=0、 ??=0 假設：（ 1）流體的熱物性均為常量 （ 2）流體不可壓縮 （ 3）一般工程問題流速低 （ 4）無化學反應等內(nèi)熱源 變形功 =0 Q內(nèi)熱源 =0 耗散功 Q = ?E + W ? W — 體積力 (重力 )作 的功 表面力 作 的功 一般可 忽略 （ 1）壓力作的功： a) 變形功； b) 推動功 （ 2） 表面應力（法向 +切向） 作的功： a) 動能； b) ?? 內(nèi)熱源對流導熱— ?? kUUE ???? — ? ? ? Q導熱 + Q對流 + Q耗散 = ?U+ 推動功 =ΔH 耗散功 → 耗散熱 ① 以傳導方式進入元體的凈熱流量 dy dx 1dyy ?? ? dx1?? dyx1dxx ?? ? dy1?? dxy單位 時間內(nèi)、 沿 x 軸方向?qū)肱c導出微元體凈熱量： yxx tydxxy xxxdxxx ddd][d)( 22????????????????????? ?單位 時間內(nèi)、 沿 y 軸方向?qū)肱c導出微元體凈熱量： yxy txyyy ddd)( 22d ??????? ?xyy tyxx t dddd 2222???????? ??導熱② 以對流方式進入元體的凈熱流量 單位 時間內(nèi)、 沿 x 方向熱對流傳遞到微元體的凈熱量： yxxutcxxxx pxxxxxxx dd)(ddd?????????????????????????????