西安交大高等傳熱學熱對流第五章課件

一、工程背景1.暖氣管散熱4.冰箱(冰箱里食物不要裝得太滿)2.室外變壓器散熱3.事故條件下核反應堆散熱5.電子器件冷卻Chap5Naturalconvection高等傳熱學AdvancedHeatTransfer一、工程背景1.暖氣管散熱4.冰箱(冰箱里食物不要裝得太滿)高等傳熱學AdvancedHeatTransfer高等傳熱學AdvancedHeatTransfer二、現(xiàn)象及特點1.定義：自然對流是由于流體中各部分密度不均勻而引起的一種流動與傳熱現(xiàn)象，其流動與傳熱過程不可分割地聯(lián)系在一起①驅動力：溫度場不均勻;重力作用②不均勻的溫度場不一定引起自然對流③與強制對流不同，不依靠泵或風機等外力推動2.理解④傳熱很弱，通常為主要熱阻，但經(jīng)濟、安全、平靜⑤物體表面上總換熱量常需同時考慮與周圍氣體間的自然對流以及與周圍其它表面間的輻射換熱(50%)高等傳熱學AdvancedHeatTransfer二、現(xiàn)象及特點1.定義：自然對流是由于流體中各部分密度不均勻3.自然對流換熱現(xiàn)象的速度與溫度分布特點Tw>T∞高等傳熱學AdvancedHeatTransfer3.自然對流換熱現(xiàn)象的速度與溫度分布特點Tw>T∞高等傳①層流②湍流③判別流態(tài)的特征數(shù)是Gr數(shù)，類比于Re數(shù)，不是(GrPr)4.自然對流的兩種流動形態(tài)5.分類①大空間(邊界層不受干擾)(infinitespace)②有限空間(空間大小對換熱效果有影響)(naturalconvectioninenclosure)高等傳熱學AdvancedHeatTransfer①層流②湍流③判別流態(tài)的特征數(shù)是Gr數(shù)，4.自然對流的兩種流6.兩種最簡單而典型的有限空間自然對流①豎夾層(雙層窗)②水平夾層(太陽能集熱器的空氣夾層)高等傳熱學AdvancedHeatTransfer6.兩種最簡單而典型的有限空間自然對流①豎夾層(雙層窗)②水③特點：夾層厚度對流動開展有重要影響，冷熱面溫差是引起流動的動力，一般以δ為特征長度，(th-tc)為計算Gr的溫差高等傳熱學AdvancedHeatTransfer③特點：夾層厚度對流動開展有重要影響，冷熱面溫差是引起流動的§5-1Governingequations1.邊界層方程浮升力(buoyancyforce)是體積力與密度差綜合作用結果自然對流速度較小，忽略能量方程中黏性耗散項和壓力變化項高等傳熱學AdvancedHeatTransfer§5-1Governingequations1.邊界層2.Boussinesq假設①除浮升力項外，其余各項中物性為常數(shù)，連續(xù)方程，動量方程及能量方程都可作為不可壓縮的常物性方程處理②密度差僅受溫度變化的影響，而不考慮壓力影響③自然對流與強制對流邊界層區(qū)別：自然對流邊界層外流體壓力為靜壓力；邊界層外流體速度為零④高溫差自然對流或很大的自然對流，仍按變物性處理，Boussinesq假設要求高等傳熱學AdvancedHeatTransfer2.Boussinesq假設①除浮升力項外，其余各項中物性為§5-2Similaritysolutionsforlaminarboundarylayeroveraverticalflatplate1.Tw=const如果原偏微分方程存在相似解，則可轉化為常微分方程，需要無量綱坐標以及無量綱流函數(shù)，但自然對流流速未知，且主流速度為零。但浮升力與慣性力具有相同的量綱高等傳熱學AdvancedHeatTransfer§5-2Similaritysolutionsfor為使所得到的常微分方程形式更簡單，可采用下列無量綱數(shù)高等傳熱學AdvancedHeatTransfer為使所得到的常微分方程形式更簡單，可采用下列無量綱數(shù)高等傳熱非線性常微分方程，數(shù)值積分方法耦合求解高等傳熱學AdvancedHeatTransfer非線性常微分方程，數(shù)值積分方法耦合求解高等傳熱學Adv換熱無量綱化上式解的近似函數(shù)表達式(EdeA.J.)：高等傳熱學AdvancedHeatTransfer換熱無量綱化上式解的近似函數(shù)表達式(EdeA.J.)：高等高等傳熱學AdvancedHeatTransfer高等傳熱學AdvancedHeatTransfer2.qw=constIntroduce高等傳熱學AdvancedHeatTransfer2.qw=constIntroduce高等傳熱學AdIfn=0,UWTIfn=1/5,UHFFujji推薦：高等傳熱學AdvancedHeatTransferIfn=0,UWTIfn=1/5,UHFFujji推薦：Tw=constqw=constDifference外掠平板Nux0.332Rex1/2Pr1/30.418Rex1/2Pr1/326%管內(nèi)層流充分發(fā)展Nu3.664.3619%二維平板充分發(fā)展Nu7.548.249%豎板自然對流Nux(GrxPr)-1/4(Pr=0.7)0.3860.4414%3.討論高等傳熱學AdvancedHeatTransferTw=constqw=constDifference外掠平板Chap6FilmCondensation膜狀凝結:沿整個壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動。高等傳熱學AdvancedHeatTransferChap6FilmCondensation膜狀凝結:w高等傳熱學AdvancedHeatTransferw高等傳熱學AdvancedHeatTransfe邊界層微分方程組：一、Nusselt豎壁層流膜狀凝結理論解邊界條件：高等傳熱學AdvancedHeatTransfer邊界層微分方程組：一、Nusselt豎壁層流膜狀凝結理論解邊高等傳熱學AdvancedHeatTransfer高等傳熱學AdvancedHeatTransfer高等傳熱學AdvancedHeatTransfer高等傳熱學AdvancedHeatTransfer二、Nusselt層流膜狀凝結理論解修正假設膜內(nèi)溫度線性分布Bromley:考慮液膜從汽液界面ts冷卻至壁面溫度tw放出的顯熱高等傳熱學AdvancedHeatTransfer二、Nusselt層流膜狀凝結理論解修正假設膜內(nèi)溫度線性分布Rohsenow:還考慮由于對流熱量傳遞引起的液膜中非線性溫度分布1879-1955高等傳熱學AdvancedHeatTransferRohsenow:還考慮由于對流熱量傳遞引起的液膜中非線性溫三、豎壁層流膜狀凝結相似解Sparrow:考慮液膜內(nèi)動量變化，邊界層對流換熱微分方程組液膜的熱平衡，氣液界面處蒸汽凝結潛熱＝壁面處換熱量＋凝結液在x界面帶走熱量高等傳熱學AdvancedHeatTransfer三、豎壁層流膜狀凝結相似解Sparrow:考慮液膜內(nèi)動量變化引入：高等傳熱學AdvancedHeatTransfer引入：高等傳熱學Advance