传热-2013-2VIP免费

4.3对流传热4.3.1对流传热过程分析4.3.2对流传热速率4.3.3影响对流传热系数的因素4.3.4对流传热系数关联式的建立4.3.5无相变时的对流传热系数关联式4.3.6有相变时的对流传热系数关联式4.3.1对流传热过程分析•如果开启电扇，扇起风来，就感觉冷了，这是为什么？•因为室内空气流速加大，空气将人体表面的热量带走的速率加大，人体内部热量补充不上，所以感觉冷。•一杯热牛奶，用均匀搅拌比不搅拌要凉得快，边搅拌边吹风，则凉得更快。前者利用牛奶对流，后者再加上空气对流。•空气的流速加大，可加快热量的传递，对流传热机理•通过流体内分子的定向流动和混合而导致热量的传递。•指流体与固体壁面直接接触时的传热，是流体的对流与导热两者共同作用的结果。•传热速率与流动状况有密切关系。•湍动程度越高，对流的传热速率越大热流体冷流体thtcth,wtc,wΦΦ流体通过间壁的热交换对流传热的分类自然对流：温差引起密度差，造成流体流。强制对流：流体靠外加动力流动，造成对流。传导的方式将热量传给壁面，直线关系层流，增大温度梯度，使壁面的热流密度增大流动对传热的影响湍流脉动增大的温度梯度，使壁面的热流密度增大层流边界层湍流边界层层流内层边界层界限u0u0u0xy层流边界层：边界层内的流动类型为层流湍流边界层：边界层内的流动类型为湍流层流内层：边界层内近壁面处一薄层，无论边界层内的流型为层流或湍流，其流动类型均为层流近壁处，流体温度显著变化的区域--温度梯度热边界层的概念热边界层的形成过程（2）热边界层的厚度)(99.0ttttww（3）热边界层的特点层内（近壁处）：集中全部的温差和热阻0dydt层外（流体主体）：等温区，无温差和热阻0dydt（4）热边界层发展过程dt21max,圆管内（1）层流边界层（层流内层）内：热传导，热阻大；（2）过渡区：热传导与对流传热共同起作用；（3）湍流区（主体流动区）：充满漩涡，混合很好，对流为主，热阻小。（5）热边界层与流动边界层关系区别：本质不同，厚度不一定相等。联系：研究问题方法相似，两者密切相关。SchoolofChemicalandEnergyEngineering,SCUT，杨东杰博学慎思明辨笃行CombinedConvectionandConductionhotfluidinternallayeroflaminarflowtubewallcoldfluidt1t2T1T2QTwtwstatic，Conduction00RdxdtLaminar,Conduction+Conventionturbulentturbulent00Rdxdt说明：流动边界层对传热边界层影响显著，改善流动状况，特别是减薄层流内层厚度，可使传热速率大大提高。如何强化传热?4.3.2对流传热速率方程和表面传热系数对流传热过程的简化模型①真实模型流体主体→过渡层→层流内层对流对流,导热导热研究方法：计算各层的热流量。hotfluidinternallayeroflaminarflowtubewallcoldfluidt1t2T1T2QTwtw存在的问题：无法区分各区假设（1）在壁面附近存在一传热边界层（又称有效膜），热量以传热方式进行，在该区内集中着全部热阻，即全部温差；（2）在传热边界层外，混合很好，温度梯度已消失。（层流内层外的热阻兑换成热传导形式后的虚拟厚度），ThmTcmδL1ThwδL2δ1‘δ2‘TCW②简化模型有效膜（虚拟膜）：集中全部温差，以热传导方式传热。优点：对流传热问题→导热问题t──总有效膜厚e──湍流区和过渡区虚拟膜厚──层流底层膜厚膜模型：et牛顿冷却定律──对流传热系数，W/(m2·)℃流体被冷却：t=T-TW被加热：t=tW-tTTWttWt热阻全部在此牛顿冷却定律难测定)/(tAtQttAQ表示了对流传热的强度。关键是如何求？实验测定因次分析Alayerofinsulationisinstalledaroundtheoutsideofacylinderwhoseradiusr1isfixedandwithalengthL.ThecylinderhasahighthermalconductivityandtheinnertemperatureT1atpointr12.CriticalThicknessofInsulationforaCylinderThecylinderisametalpipewithsaturatedsteaminside.TheoutersurfaceoftheinsulationatT2isexposedtoanenvironmentatT0whereconvectiveheattransferoccurs.Todeterminethevalueofthecriticalradiusr2•Atsteadystatetheheat-transferrateQthroughthecylinderandtheinsulatio...