對流傳熱課件

對流傳熱

基本概念對流傳熱：發(fā)生在一個(gè)表面和一種運(yùn)動(dòng)流體之間的傳熱過程；對物體來說，內(nèi)部熱量轉(zhuǎn)移涉及的是傳導(dǎo)，表面僅涉及到溫度，因此，對流關(guān)注的是流體側(cè)。定常無粘流a）一維：參數(shù)6個(gè)，ρ，u；σ；e，k，t；方程：3個(gè)，應(yīng)補(bǔ)充方程：3個(gè)b）二維：參數(shù)8個(gè)，ρ，u，v；σx；σy;e,k,t;方程4個(gè)，應(yīng)補(bǔ)充方程4個(gè)c）三維：參數(shù)10個(gè)，ρ，u，v，w；σx，σy，

σz；e,k,t；方程5個(gè)，應(yīng)補(bǔ)充方程5個(gè)邊界層理論的提出普朗特發(fā)現(xiàn)對于大多數(shù)應(yīng)用而言，粘性影響僅局限于緊靠物體的一層極薄的區(qū)域，而流場的其余部分可以良好近似地處理成無粘性的。稱這有粘性影響的緊靠物體的一層極薄的區(qū)域?yàn)檫吔鐚?。邊界層理論引入的意義邊界層理論的出現(xiàn)使得問題的解決出現(xiàn)了重大突破：由于其厚度相對于物體尺度是很薄的這一事實(shí)而使其解析處理比較簡單。邊界層現(xiàn)象的物理描述層流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)湍流段過渡層層流底層邊界層的物理概念當(dāng)流體微粒與平板表面接觸時(shí)，必須假定它們的速度為零。這些微粒起著阻礙臨近流體層中微粒運(yùn)動(dòng)的作用。一直到離開表面距離y=δ時(shí)，這種影響才得以忽略。量δ被稱為邊界層厚度，它形式上定義為u=0.99u∞時(shí)y的值。邊界層中科學(xué)問題的分類邊界層中的一般描述層流區(qū)的對流傳熱湍流區(qū)的對流傳熱層流/湍流的現(xiàn)象特征及其分界的數(shù)學(xué)描述目的：取得邊界層中對流傳熱的細(xì)觀表征函數(shù)h=f(表面狀態(tài)，流體運(yùn)動(dòng)特性，流體傳輸特性)邊界層的數(shù)學(xué)表述流體應(yīng)力單位面積上的切向阻力稱為切向應(yīng)力。對于牛頓流體，切向應(yīng)力與流體微元變形的時(shí)間變化率成正比，比例因子定義為粘性系數(shù)。這就是著名的牛頓內(nèi)摩擦定律。即：符合上述牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體。一般氣體和分子結(jié)構(gòu)簡單的液體都是牛頓流體。同一流體的粘性系數(shù)與流體溫度有很大的關(guān)系，而與壓力關(guān)系不大。氣體的粘性系數(shù)隨溫度的升高而增大；液體的粘性系數(shù)隨溫度的升高而減少。回顧控制體方程連續(xù)性方程：動(dòng)量方程：能量方程：

控制方程的參量連續(xù)性方程：動(dòng)量方程：能量方程：邊界層微分方程層流邊界層微分方程湍流邊界層微分方程層流邊界層微分方程連續(xù)性方程動(dòng)量方程

能量方程

與控制方程參量比較連續(xù)性方程：動(dòng)量方程：能量方程：湍流邊界層方程湍流特征在于任何流場都依賴于時(shí)間；數(shù)學(xué)處理方法：規(guī)則+脈動(dòng)；數(shù)學(xué)處理規(guī)則：把上述方法代入微分方程，并把所以涉及時(shí)間為獨(dú)立變量的項(xiàng)保留下來，然后對方程取對時(shí)間的平均值；湍流邊界層方程一些計(jì)算規(guī)則：湍流邊界層方程連續(xù)性方程把整個(gè)方程對時(shí)間平均有：（層流為：）動(dòng)量方程把整個(gè)方程對時(shí)間平均有：

脈動(dòng)引起項(xiàng)

（層流：）能量方程把整個(gè)方程對時(shí)間平均有：

能量消耗脈動(dòng)引起項(xiàng)

（層流：）邊界層方程的封閉性對于非定常/粘性/體積力/內(nèi)熱源/二維情況而言二維：參數(shù)：13個(gè)；方程：4個(gè)；應(yīng)補(bǔ)充方程：9個(gè)層流邊界層：對于非定常/粘性/體積力/內(nèi)熱源/二維/層流邊界層情況而言二維：參數(shù)：10個(gè)；方程：3個(gè)；應(yīng)補(bǔ)充方程：7個(gè)湍流邊界層：對于非定常/粘性/體積力/內(nèi)熱源/二維/湍流邊界層情況而言二維：參數(shù)：12個(gè)；方程：3個(gè)；應(yīng)補(bǔ)充方程：9個(gè)小結(jié)對流傳熱關(guān)注的是流體側(cè)；粘性影響僅發(fā)生在緊靠物體的一層極薄區(qū)域——邊界層內(nèi)，由此可寫出邊界層內(nèi)諸物理量關(guān)于坐標(biāo)分量的量級分析；邊界層內(nèi)的流動(dòng)依然有很大不同，主要分為層流和湍流兩種類型的流動(dòng)；對于湍流，提出了“規(guī)則+脈動(dòng)”處理方法，并對其進(jìn)行時(shí)間平均處