考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)課件

1、考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)1.邊界層的基本概念引入邊界層的原因：對流換熱熱阻的大小主要取決于靠近壁面附近流體的狀況,因?yàn)檫@里u、t變化最為劇烈。1)速度邊界層流體在壁面附近有一薄層具有明顯的速度梯度，稱為速度邊界層.(1)定義：圖5-5 邊界層示意圖xyxL5-3 邊界層型對流換熱問題的數(shù)學(xué)描述考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)cxxy圖5-7 掠過平板時邊界層的形成和發(fā)展平板邊界層的形成（一般對平板：Recr500000）(2)換熱特點(diǎn):層流湍流沿壁面法向?qū)恿鞯讓油牧骱诵膮^(qū)導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流導(dǎo)熱考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)(3)規(guī)定：將物體表

2、面到流體達(dá)到來流速度u的99%處的厚度作為速度邊界層的厚度。 湍流邊界層厚度：層流邊界層厚度：mux5/15/4)(37. 0mx2/1Re0 . 5 2)邊界層的幾個重要特征(d）邊界層流動狀態(tài)分為層流和湍流，湍流邊界層內(nèi)緊靠壁面處保持層流性質(zhì)，稱為粘性底層邊界層內(nèi)壁面的法線方向的速度變化非常劇烈.(c）主流區(qū)的流動可視為理想流體的流動,用描述理想流體的運(yùn)動微分方程求解(a）流場可分為主流區(qū)和邊界層區(qū)l(b）與物體的長度相比，邊界層的厚度很小邊界層的厚度沿長度方向逐漸增加(1)幾個重要特征考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)5100 . 5Recrcrxumuxcr5100 .

3、5臨界點(diǎn)crx速度邊界層中有層流和紊流，判別層流和湍流的準(zhǔn)則數(shù)是雷諾數(shù):l板長crxl 層流邊界層;crxl 混合邊界層;crxl 湍流邊界層.湍流邊界層的厚度：mxu543137. 0湍流mwx101994 .29底51Re37.0 xx湍流層流邊界層厚度：(2)判別:mx2/1Re0 . 5考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)t流體在壁面附近有一薄層具有明顯的溫度梯度，稱為溫度邊界層，也稱為熱邊界層，厚度用 表示。 tftftt0.99tf1.01tfyyttt=f(y)t=f(y)twtwfttty99. 0tftwtftwwtty 0(1)定義：xx圖5-8 熱邊界層3)熱

4、邊界層考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ) 熱邊界層的厚度與速度邊界層的厚度有關(guān)，一般來說并不相等。 兩種邊界層并非同時形成于平板前緣。速度邊界層形成于平板前緣。熱邊界層形成于有溫差的地方。(2)特點(diǎn):假設(shè)：層流流動; 兩種邊界層同時形成于平板前緣; 在 的條件下;用近似積分法可得: 1/t275Pr52. 4026. 1Pr3131uxtppcca/PrPr數(shù)反映了流體中分子的動量擴(kuò)散和熱量擴(kuò)散的相對程度。 式中：Pr 為無量綱量，稱為普朗特準(zhǔn)則:aPr4)速度邊界層厚度與熱邊界層的關(guān)系考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)2換熱微分方程組 twyxq)(fwxxtth

5、q局部熱流密度按牛頓計算公式為 ttwf0 xqttwf0 xq 局部熱流密度按付立葉定律 0)(yxytq0)()(yxfwxyttthftutf ,根據(jù)熱邊界層理論，熱邊界層的平均溫度梯度twfttyt)(考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)層流邊界層twfyttyt0)(則得th/湍流邊界層，設(shè)層流底層與湍流支流層交界面溫度為 tc，熱量以導(dǎo)熱方通過層流底層)(wctttq牛頓公式)(wftthq從上兩式可得wfwcctttth1)換熱微分方程0)(yfwyttth450yytth考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ) 常物性、不可壓縮流體二維穩(wěn)定流動時，其邊界層對

6、流換熱微分方程組簡化為 連續(xù)性方程： 1450yvxu動量方程： 155122yudxdpyuvxuu能量方程： 16522ytaytvxtu 換熱方程： 450yytth幾何條件：換熱物體的形狀和尺寸；2)單值性條件 (2) 物性條件：流體的種類以及熱物性參數(shù)； (4) 邊界條件：流體邊界面上的速度和溫度等； (3) 時間條件：過程起始時刻的速度和溫度等值， 若為穩(wěn)定過程就沒有時間條件。對流換熱問題一般只有第一類(給定溫度)和第二類(給定熱流)?？佳腥A科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)速度均勻 u 溫度均勻 tf 平壁上面溫度tw 邊界條件可表示為；，：；，：ttuuyttvuyw0

7、00求解這個微分方程組，可得速度邊界層厚度: 225Re64. 4xx壁面上的粘性切應(yīng)力: 235Re323. 020uyuxyxw3.微分方程組的分析求解簡介u主流區(qū)邊界層區(qū)xl考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ) 求解結(jié)果： 175PrRe332. 03121xxxh195PrRe332. 03121xxxlhNu局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 3121332. 0axuxhx外掠等溫平板的無內(nèi)熱源的層流對流換熱問題的分析解為：式(5-19)以特征數(shù)形式表示的對流換熱計算式稱為特征數(shù)方程,習(xí)慣上稱為準(zhǔn)則方程或關(guān)聯(lián)式.xhNuxx局部努謝爾數(shù):反映對流換熱的強(qiáng)度。 速度邊界層與熱邊界層有何區(qū)

8、別？有何共同點(diǎn)？為什么速度邊界層愈厚時，熱邊界層也愈厚？思 考 題考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)21521233yyuu225Re64. 4xx1. 邊界層積分方程及主要求解結(jié)果摩擦系數(shù): 245Re664. 0)21 (212xwfuC求解結(jié)果: 邊界層中的速度分布為離開前緣處的邊界層厚度的無量綱表達(dá)式為在處的局部壁面切應(yīng)力為235Re323. 0 xwu5-4 流體外掠平板傳熱層流分析解及比擬理論考研華科動力機(jī)械復(fù)試內(nèi)燃機(jī)09對流換熱的理論基礎(chǔ)255Re292. 121210 xflffmcdxclc在長度為l的一段平板上的層流平均摩擦系數(shù)為 求解動量方程可以獲得 的精確解21Re664. 0,Re0 . 5xfxcxfcx,在 的條件下;用近似積分法可得: 1/t275Pr52. 4026.