非耦合邊界層理論課件

1、非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件第四章第四章 非耦合外部層流邊界層非耦合外部層流邊界層的換熱和傳質(zhì)的換熱和傳質(zhì)2011.12非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件主要內(nèi)容主要內(nèi)容4.1 縱向繞流平壁的換熱縱向繞流平壁的換熱4.2 縱向繞流楔形物體的換熱縱向繞流楔形物體的換熱4.3 壁面有抽吸核噴注時(shí)的換熱壁面有抽吸核噴注時(shí)的換熱非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件4.1 4.1 縱向繞流平壁的換熱縱向繞流平壁的換熱t(yī)TTThermal boundary layer xtFree streamxy縱向繞流平壁對流換熱縱向繞流平壁對流換熱uwT非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件（1）物理模型）物理模型假設(shè)：假設(shè)：常物性；常物性；無內(nèi)

2、熱源；無內(nèi)熱源；忽略體積力；忽略體積力；忽略粘性耗散。忽略粘性耗散。二維穩(wěn)態(tài)邊界層數(shù)學(xué)模型二維穩(wěn)態(tài)邊界層數(shù)學(xué)模型非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件（2）數(shù)學(xué)模型）數(shù)學(xué)模型22220yTayTvxTuyuyuvxuuyvxu0,0, 0, 0, 00,0 xyTTuuxyTTvuyxxTTuuw非耦合非耦合速度場與溫度場無關(guān)速度場與溫度場無關(guān)常物性常物性非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件（3）速動方程求解）速動方程求解vxuy相似變量相似變量引入流函數(shù)引入流函數(shù)xvyu, 10000021 ffffff33222yyxyxy xvuf龍格庫塔數(shù)值計(jì)算龍格庫塔數(shù)值計(jì)算H. Blasius 方程方程非耦合邊界層理論

3、PPT課件0 . 10123456721vxuyuu21vxuuv8604. 0平壁層流邊界層中速度分布平壁層流邊界層中速度分布速度場結(jié)果分析：速度場結(jié)果分析：0ywyu摩擦阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)22uCwf信息？信息？非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件（4）溫度方程求解）溫度方程求解TTTTw22yayvxu, 0)(0, 1)0(0Pr21fvxuy相似變量相似變量無量綱溫度無量綱溫度E. Pohlhausen 方程方程非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件溫度場結(jié)果分析溫度場結(jié)果分析0.41.20.81.6 2.02.400.20.40.60.81.0TTTTwvxUy2.62.8 3.2 3.6 4.010

4、006 . 0Pr 縱向繞流平壁時(shí)得無量綱溫度分布縱向繞流平壁時(shí)得無量綱溫度分布 Pr,0fdfdf非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件熱邊界層厚度熱邊界層厚度10Pr6 . 0Pr31r 10PrPr339. 010Pr6 . 0Pr332. 005. 0PrPr564. 03131210dd RexxNuPr0.010. 101.00310210110110溫度場結(jié)果分析溫度場結(jié)果分析非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件壁面熱流壁面熱流 TTxudkyTkTThqwywxxw00, xudkhx0局部換熱系數(shù)局部換熱系數(shù)局部局部NuxkxhNuxx溫度場結(jié)果分析溫度場結(jié)果分析非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件4.2

5、4.2 縱向繞流楔形物體的換熱縱向繞流楔形物體的換熱2xTu ,wT假設(shè)：假設(shè)： 常物性；常物性； 穩(wěn)態(tài)；穩(wěn)態(tài)； 二維流動；二維流動； 低速層流。低速層流。mm-0.0199-0.1991/90.2-0.0654-0.141/30.5001141.6 mCxxU2m（1）物理模型）物理模型非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件 22220yTayTvxTuyudxxdVxUyuvxuuyvxu 0,0, 0, 0, 00,0 xyTTxUuxyTTvuyxxTTuuw控制方程控制方程邊界條件邊界條件（2）數(shù)學(xué)模型）數(shù)學(xué)模型非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件 vxxUmy21 fxxUmyxxRe12,動量方程邊界

6、條件V. M. Falkner 和S. W. Skan方程01 2ffff , 1000, 00fff（3）速度方程求解）速度方程求解非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件11988. 0速度場結(jié)果分析：速度場結(jié)果分析：13245600.20.40.60.81.00 . 13 . 00 . 01 . 0198. 0加速流動加速流動減速流動減速流動 xUuf vxxUmy21加速流動（順壓力梯度加速流動（順壓力梯度)邊界層厚度薄邊界層厚度薄減速流動（逆壓力梯度）減速流動（逆壓力梯度）邊界層厚度厚邊界層厚度厚001988. 0出現(xiàn)回流現(xiàn)象出現(xiàn)回流現(xiàn)象 切向速度切向速度非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件 法向速度法向速

7、度 1121RefmmfmxUvx 邊界層厚度邊界層厚度 xUvx速度場結(jié)果分析：速度場結(jié)果分析：非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件（4）溫度方程求解溫度方程求解TTTTw vxxUmy21 fvxUm 12 , 00, 100PrfPr,0PrPr00fdedefdfd溫度分布為溫度分布為非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件溫度結(jié)果分析：溫度結(jié)果分析：壁面熱流壁面熱流qw,x0,ywxxwyTkTThqdeCxmkhfdmx0Pr121局部對流換熱系數(shù)局部對流換熱系數(shù)hx局部努塞爾數(shù)局部努塞爾數(shù)Nux dexxUmkxhNufdxx0Pr21Pr,21Re0Pr21mfdemNufdxx非耦合邊界層理論P(yáng)PT

8、課件無量綱溫度分布無量綱溫度分布楔形角對描述換熱特征的楔形角對描述換熱特征的無量綱溫度分布的影響并無量綱溫度分布的影響并不十分明顯，相對不十分明顯，相對 而言，而言，Pr數(shù)對溫度分布的影響要數(shù)對溫度分布的影響要大得多。大得多。13200.20.40.60.81.0TTTTw vxxUmy216 . 114. 06 . 114. 07 . 0Pr 10Pr 溫度結(jié)果分析：溫度結(jié)果分析：非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件xxNuRePr0.11100100.010.11106 . 1199. 0 常數(shù)21xxUkxhx一定mPr,2121)(mmxxxxUknh溫度結(jié)果分析：溫度結(jié)果分析：非耦合邊界層理論

9、PPT課件xhx000 xhxxhx1m1m1m溫度結(jié)果分析：溫度結(jié)果分析：非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件4.3 4.3 壁面有抽吸和噴注時(shí)的換熱壁面有抽吸和噴注時(shí)的換熱基本概念基本概念流體從邊界層中吸出，避免邊界層分離，降低流動阻力。流體從邊界層中吸出，避免邊界層分離，降低流動阻力。流體通過壁面吹進(jìn)邊界層中，保護(hù)壁面不受高溫侵蝕。流體通過壁面吹進(jìn)邊界層中，保護(hù)壁面不受高溫侵蝕。Tu ,ccTu ,主流主流射流射流薄膜冷卻薄膜冷卻非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件假設(shè)：假設(shè)： 抽吸和噴注的量很小，流動仍滿足邊界層理論的簡化條件；抽吸和噴注的量很小，流動仍滿足邊界層理論的簡化條件； 噴注流體與主流流體相同；

10、噴注流體與主流流體相同； 壁面溫度與抽吸或噴注流體的溫度相同。壁面溫度與抽吸或噴注流體的溫度相同。Tu ,xy01. 00001. 0uvwv（1）物理模型）物理模型非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件 22220yTayTvxTuyudxxdVxUyuvxuuyvxu 0,0, 0, 00,0 xyTTxUuxyTTxvuyxxTTuuww控制方程控制方程邊界條件邊界條件（2）數(shù)學(xué)模型）數(shù)學(xué)模型非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件 xxUxUvmfNumxxPr,Re21求解求解 xxUxUvm噴注參量噴注參量（3）結(jié)果分析）結(jié)果分析非耦合邊界層理論P(yáng)PT課件無量綱速度分布無量綱速度分布噴注使流動邊界層增厚，抽吸使流動邊界層減薄。噴注使流動邊界層增厚，抽吸使流動邊界層減薄。噴注參量超過噴注參量超過0.619后，邊界層被橫向后，邊界層被橫向“吹吹”離平壁，邊界層假設(shè)不成離平壁，邊界層假設(shè)不成立。立。0246810120.20.40.60.81.0 xwuvRe60.050.025.00 .05 .2xxyReuuf61