《對(duì)流換熱教程》PPT課件

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1、第二部分單元7對(duì)流換熱熱工學(xué)基礎(chǔ)17.1對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式┄┄┄┄┄┄┄（5）單元7對(duì)流換熱7.1.1對(duì)流換熱的概念┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（5）單元7對(duì)流換熱┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（4）7.1.2對(duì)流換熱的機(jī)理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（7）7.1.3牛頓冷卻公式┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（11）7.1.4影響對(duì)流換熱系數(shù)的主要因素┄┄┄┄┄（13）7.2對(duì)流換熱計(jì)算概述┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（18）7.2.1對(duì)流換熱準(zhǔn)則數(shù)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（19）7.2.2準(zhǔn)則數(shù)之間的關(guān)系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（23）7.2.3定性溫度與

2、特征尺寸┄┄┄┄┄┄┄┄┄（25）7.2.4換熱計(jì)算的一般步驟┄┄┄┄┄┄┄┄┄（28）7.3單相流體對(duì)流換熱計(jì)算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（29）7.3.1管內(nèi)流體強(qiáng)制對(duì)流換熱計(jì)算┄┄┄┄┄┄（29）7.3.2管外流體強(qiáng)制對(duì)流換熱計(jì)算┄┄┄┄┄┄（36）27.3.3自然對(duì)流換熱的計(jì)算┄┄┄┄┄┄┄┄┄（43）7.4沸騰換熱與凝結(jié)換熱┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（51）單元7對(duì)流換熱7.4.1沸騰換熱┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（51）7.4.2凝結(jié)換熱┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（64）7.4.3熱管技術(shù)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（72）3【知識(shí)點(diǎn)】

3、牛頓冷卻公式，強(qiáng)制對(duì)流換熱，自然對(duì)流換熱，凝結(jié)換熱，沸騰換熱。【能力目標(biāo)】掌握：各種對(duì)流換熱的基本概念。理解：強(qiáng)制對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱及其特征。熟悉：各公式的適用范圍以及各種相關(guān)參數(shù)的合理選擇。應(yīng)用：能應(yīng)用相關(guān)概念和公式進(jìn)行對(duì)流換熱分析和計(jì)算。單元7對(duì)流換熱4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。在這一過程中，不僅有離壁面較遠(yuǎn)處流體的對(duì)流作用，同時(shí)還有緊貼壁面薄層流體的導(dǎo)熱作用。因此，對(duì)流換熱實(shí)際上是一種由熱對(duì)流和導(dǎo)熱共同作用的復(fù)合換熱形式。對(duì)流換熱按流體流動(dòng)原因分為強(qiáng)制對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱；按流體是否有相變分為相變對(duì)流

4、換熱和無相變對(duì)流換熱；相變對(duì)流換熱又分為凝結(jié)換熱和沸騰換熱。可以把對(duì)流換熱分成以下幾類，如圖7.1所示：7.1對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式7.1對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式7.1.1對(duì)流換熱的概念5圖7.1對(duì)流換熱分類7.1對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式6流體的流動(dòng)狀態(tài)可以分為兩種類型：一種是流體質(zhì)點(diǎn)始終沿流向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)和流層間彼此不摻混，這種流動(dòng)狀態(tài)稱為層流；另一種是流體質(zhì)點(diǎn)不僅有沿流向的運(yùn)動(dòng)，還有垂直于流向的運(yùn)動(dòng)，流層間相互摻混，這種流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流。在紊流中，由于流體的質(zhì)點(diǎn)相互摻混，碰撞更為強(qiáng)烈，因此對(duì)流換熱效果會(huì)更強(qiáng)。當(dāng)具有粘性的流體

5、流過壁面時(shí)，就會(huì)在壁面上產(chǎn)生粘滯力。粘滯力阻礙了流體的運(yùn)動(dòng)，使靠近壁面流體的速度降低，使直接貼附于壁面的流體近于停滯不動(dòng)，流體速度u=0。一般地，把從緊貼壁面速度u=0至速度等于來流速度u=u∞之間的流體薄層稱為流體的速度邊界層。邊界層的厚度一般很小，如圖7.2所示。7.1.2對(duì)流換熱的機(jī)理7.1對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式7以流體在管內(nèi)流動(dòng)為例，流體的流動(dòng)狀態(tài)在沿流向x軸方向和與流向垂直的y軸方向都有變化。如圖7.3所示。圖7.2速度邊界層圖7.3流體的流態(tài)7.1對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式8（1）流體在流動(dòng)方向x上的流態(tài)變化在流體入口處，粘滯

6、力起主導(dǎo)作用，速度梯度相當(dāng)大，流體呈現(xiàn)層流狀態(tài)，形成層流段。流體繼續(xù)流動(dòng)，層流邊界點(diǎn)開始逐漸偏離壁面，向y方向移動(dòng)。當(dāng)流體到達(dá)一定距離時(shí)，流體的慣性力逐漸強(qiáng)于流體的粘滯力，使邊界層內(nèi)的流動(dòng)變得不穩(wěn)定起來，流態(tài)朝著紊流方向過渡，形成過渡段。隨著流動(dòng)的距離繼續(xù)增加，流體呈現(xiàn)旺盛紊流狀態(tài)，形成紊流段。（2）紊流段中流體在y方向上的流態(tài)變化由于緊貼壁面處的粘滯力仍起主導(dǎo)作用，致使貼附于壁面的極薄層的流體仍保持層流的狀態(tài)，這一薄層流體稱為層流底層。底層之上即為紊流層。7.1對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式9當(dāng)流體在壁面上流動(dòng)時(shí)，其緊貼壁面的極薄的層流底層相對(duì)于

7、壁面幾乎是不流動(dòng)的。壁面與流體間的熱量傳遞必須通過這個(gè)層流底層，熱量傳遞的方式只能是導(dǎo)熱這種方式，因此對(duì)流換熱量實(shí)際上就等于層流底層的導(dǎo)熱量。在層流段，沿壁面法線方向上的熱量傳遞主要依靠導(dǎo)熱作用；在紊流段，層流底層內(nèi)的熱量傳遞方式仍然是導(dǎo)熱，這是紊流段主要的熱阻；但在層流底層以外，對(duì)流的作用仍然占主導(dǎo)作用。因此，對(duì)流換熱實(shí)際上是依靠層流底層的導(dǎo)熱和層流底層以外的對(duì)流共同作用的結(jié)果。對(duì)流換熱的熱阻主要集中在流體的層流內(nèi)層內(nèi)，因此減薄層流內(nèi)層的厚度是強(qiáng)化對(duì)流換熱的主要途徑。7.1對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式107.1.3牛頓冷卻公式7.1對(duì)流換熱的概

8、念及牛頓冷卻公式117.1對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式12如前所述，對(duì)流換熱是對(duì)流和導(dǎo)熱共同作用的結(jié)果，那么所有支配這兩種作用的因素，諸