华中科技大学：《传热学》课程教学资源（课件讲义）第四章 对流换热原理

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power 第四章对流换热原理 §4-1对流换热概述 §4-2层流流动换热的微分方程组 §4-3对流换热过程的相似理论 §4-4边界层理论 §45紊流流动换热 20033-2



 
      
 

   
  
 
  


华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power §4-1对流换热概述 对流换热过程 ①对流换热定义:流体和与之接触的固体壁 面之间的热量传递过程,是宏观的热对流与 微观的热传导的综合传热过程。 对流换热与热对流不同,既有热对流,也有 导热;不是基本传热方式 对流换热实例:1)暖气管道;2)电子器件冷 却 20033-2




 
      
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华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering ②对流换热的特点: )导热与热对流同时存在的复杂热传递过 程 (2)必须有直接接触(流体与壁面)和宏观 运动;也必须有温差 ③特征:以简单的对流换热过程为例,对对 流换热过程的特征进行粗略的分析。 20033-2



 
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华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power 图表示一个简单的对流换热过程。流体以来 流速度u和来流温度t流过一个温度为t的固 体壁面。选取流体沿壁面流动的方向为x坐 标、垂直壁面方向为y坐标。 20033-2



 
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华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering powe 壁面对流体分子的吸附作用,使得壁面上 的流体是处于不滑移的状态(此论点对于 极为稀薄的流体是不适用的)。 又由于粘性力的作用,使流体速度在垂直于 壁面的方向上发生改变。流体速度从壁面上 的零速度值逐步变化到来流的速度值。 同时,通过固体壁面的热流也会在流体分子 的作用下向流体扩散(热传导),并不断地被 流体的流动而带到下游(热对流),也导致 紧靠壁面处的流体温度逐步从壁面温度变化 到来流温度。 20033-2



 
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华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering 2对流换热的分类 对流换热:导热+热对流;壁面+流动 ①流动起因 自然对流:流体因各部分温度不同而引起的 密度差异所产生的流动( Free convection) 强制对流:由外力(如:泵、风机、水压 头)作用所产生的流动( Forced convection 强制 自然 20033-2



 
      
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华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering ②流动状态 层流:整个流场呈一簇互相平行的流线 ( Laminar flow) 湍流:流体质点做复杂无规则的运动 ( Turbulent flow) 湍流 > 层流 紊流流动极为普遍 自然现象:收获季节的麦浪滚滚,旗帜在微 风中轻轻飘扬,以及袅袅炊烟都是由空气的 紊流引起的。 20033-2



 
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华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power Laminar Flow Turbulent Flows 20033-2



 
      

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power ③流体有无相变 单相换热 相变换热:凝结、沸腾、升华、凝固、融化 相变>h 单相 ④流体与固体壁面的接触方式 内部流动对流换热:管内或槽内 外部流动对流换热:外掠平板、圆管、管束 ⑤流体运动是否与时间相关 非稳态对流换热:与时间有关 稳态对流换热:与时间无关 20033-2


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华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering 圆管内强制对流换热 内部流动 其它形状管道的对流换热 强制对流 外掠平板的对流换热 外掠单根圆管的对流换热 外部流动外掠圆管管束的对流换热 无 外掠其它截面柱体的换热 相 射流冲击换热 变 大空间自然对流 自然对流 对流换热 有限空间自然对流 混合对流 大空间沸腾 有沸腾换热 相 管内沸腾 管内凝结 变\凝结换热 管外凝结 20033-2



 
      
          
 
  
 

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