福州大学化工原理电子教案传热 c√gLB△T 式中B 体积膨胀系数: 温差,℃ 环流速度与流动阻力有关,因而与流体的性质、流动空间的几何形状与尺寸有关。可见,只要流体内 部存在温差就会有环流。这种由温差引起的流动称为自然对流。可见,在流体中传导过程常伴有自然对流。 自然对流的强弱与加热面的位置密切有关。除上述垂直放置以外,加热面也可以水平放置。 问:采暖器、制冷空调应安装在房间的上方还是下方?为什: 32对流给热过程的数学描述 (1)牛顿冷却定律和给热系数 壁面对流体的加热或冷却由于对流的存在变得非常复杂。严格的数学处理要求推导出流体中的温度分 布,求出壁面上的温度梯度,再求出热流密度。目前,只有少数简单的情况(如流体层流流过等温平壁) 时才能获得q的解析式。工程上将对流给热的热流密度写成: t-t推动力 流体被加热:gq=a(n-0)==1 热阻 流体被冷却:q=a(T-7)T-7_推动力 式中a--给热系数,W/(m2℃) 壁温,℃ t,T—一流体的温度,℃ 上两式称为牛顿冷却定律。它并非理论推导的结果,它只是一种推论,即假设热流密度与△T成正比 实际上在不少情况下,热流密度并不与△T成正比,给热系数α值不为常数而与ΔT有关。同时,将影响 因素归结到a中并未改变问题的复杂性,凡影响q的因素都将影响a (2)获得给热系数的方法 ①解析法:对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算方程和速率方程,在少数简单的情况下 可以联立求解流场的温度分布和壁面热流密度,然后将所得结果改写成牛顿冷却定律的形式,获得给热系 数的理论计算式。这是对流给热过程的解析解 ②数学模型法:对给热过程作出简化的物理模型和数学描述,用实验检验或修正模型,确定模型参 ③因次分析法:将影响给热的因素无因次化,通过实验决定无因次准数之间的关系。这是理论指导 下的实验研究方法,在对流给热中广为使用 ④实验法:对少数复杂的对流给热过程适用。 (3)a的影响因素及无因次化 a、对不发生相变化的给热过程,我们分析其影响因素: ①液体的物理性质p、H、cp、λ ②固体表面的特征尺寸L; ③强制对流的流速u; ④自然对流的特征速度,此速度可由单位质量流体的浮力gBM表征 f(u,p, L, u, BgAt, A, cn)福州大学化工原理电子教案 传热 - 2 - u  gLT 式中  —— 体积膨胀系数； T —— 温差，℃。 环流速度与流动阻力有关，因而与流体的性质、流动空间的几何形状与尺寸有关。可见，只要流体内 部存在温差就会有环流。这种由温差引起的流动称为自然对流。可见，在流体中传导过程常伴有自然对流。 自然对流的强弱与加热面的位置密切有关。除上述垂直放置以外，加热面也可以水平放置。 问：采暖器、制冷空调应安装在房间的上方还是下方？为什么？ 6.3.2 对流给热过程的数学描述 （1）牛顿冷却定律和给热系数 壁面对流体的加热或冷却由于对流的存在变得非常复杂。严格的数学处理要求推导出流体中的温度分 布，求出壁面上的温度梯度，再求出热流密度。目前，只有少数简单的情况（如流体层流流过等温平壁） 时才能获得 q 的解析式。工程上将对流给热的热流密度写成： 流体被加热： 热阻 推动力 = − = − =   1 ( ) w w t t q t t 流体被冷却： 热阻 推动力 = − = − =   1 ( ) w w T T q T T 式中  —— 给热系数，W/（m2•℃）； Tw ， w t —— 壁温，℃； t ，T —— 流体的温度，℃。 上两式称为牛顿冷却定律。它并非理论推导的结果，它只是一种推论，即假设热流密度与 T 成正比。 实际上在不少情况下，热流密度并不与 T 成正比，给热系数  值不为常数而与 T 有关。同时，将影响 因素归结到  中并未改变问题的复杂性，凡影响 q 的因素都将影响  。 （2）获得给热系数的方法 ① 解析法：对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算方程和速率方程，在少数简单的情况下 可以联立求解流场的温度分布和壁面热流密度，然后将所得结果改写成牛顿冷却定律的形式，获得给热系 数的理论计算式。这是对流给热过程的解析解。 ② 数学模型法：对给热过程作出简化的物理模型和数学描述，用实验检验或修正模型，确定模型参 数。 ③ 因次分析法：将影响给热的因素无因次化，通过实验决定无因次准数之间的关系。这是理论指导 下的实验研究方法，在对流给热中广为使用。 ④ 实验法：对少数复杂的对流给热过程适用。 （3）  的影响因素及无因次化 a、对不发生相变化的给热过程，我们分析其影响因素： ① 液体的物理性质  、  、 p c 、 ； ② 固体表面的特征尺寸 L ； ③ 强制对流的流速 u ； ④ 自然对流的特征速度，此速度可由单位质量流体的浮力 gt 表征。 ( , , , , , , ) p  = f u  L  gt  c