大的空间自然对流换热共15页文档
知识点：无限大空间流体自由流动时的换热计算PPT讲解
0.54 0.15
1/4 1/3
2×104～ 8×106 8×106～1011
热面朝下或冷面 朝上的水平壁
层流
0.58
1/5
同上
105～1011
知识点：无限大空间流体自由流动时的换热计算
平置矩形取两边长的平均值，详见表1。定性温度采用边界层 1 t (tw tf ) 的平均温度 m ，此处tw为壁面温度，tf为远离壁面 2 的流体温度。Gr数中的Δ t取tw和tf之差。 式(1)适用于任何液体和气体及任何形状和大小的物体。 也可以用来计算横板的换热。 上表中对于垂直圆筒，只有当
d 35 ≥ 14 h Grh
时，才能按垂直平壁处理，误差小于5%。
（2）
1/4 1/3
圆柱外径d
104～109 109～1012
知识点：无限大空间流体自由流动时的换热计算
续表
C、n值
表面形状及位置 流动情况示意 流 态 C n 矩形取两个边 长的平均值； 非规则平板取 面积与周长的 比值；圆盘取 0.9d 定型尺寸 Gr.Pr 适用范围
热面朝上或冷面 朝下的水平壁
层流 紊流
知识点：无限大空间流体自由流动时的换热计算
前面讲过，对于无相变对流换热准则方程通式为 Nu=f（Re，Gr，Pr） 对于无限大空间流体自由流动换热，由于没有受迫流动 对流换热准则方程式可写成 Nu=f（Gr，Pr） 经实验研究得出这一准则方程式的具体形式： Nu=C（Gr.Pr）n （1） 式中C和n为常数，其值可按换热表面的形状及Gr·Pr的 数值范围由表1中选取。表1中的数值适用于温度均匀壁面的 流体自由运动换热，即为常壁温自然对流换热。 整理数据时采用的定型尺寸，对于管、线或球取其直径d 对于竖板取高度h，对于平置圆盘取0.9倍的圆盘直径，对于
大空间自然对流的例子(一)
大空间自然对流的例子(一)大空间自然对流大空间自然对流是热力学中的一个重要概念，指的是在较大的空间范围内，由于温度差异引起的自然气流运动。
这种现象在自然界中广泛存在，下面是一些例子和详细讲解。
1. 冷空气下降与热空气上升冷空气具有较高的密度，而热空气则相对较轻。
当冷空气与热空气接触时，冷空气下降，而热空气上升，形成气流。
这种现象常见于山地地区，当山脉阻挡空气流动时，冷空气会下降形成冷空气池，而在山脉之间的谷地，热空气会上升形成谷风。
2. 大海与陆地的对流大海和陆地之间的温度差异也会引起自然对流。
白天，太阳辐射使得陆地上的气温升高，而海水的温度相对较低。
这时，温暖的空气从陆地上升，形成陆海风。
而夜晚，陆地上的温度下降快于海水，冷空气从陆地上下降，形成陆地风。
3. 大型建筑物内的自然对流在大型建筑物内部，比如高层办公楼或仓库等空间较大的结构中，由于内部的温度差异，也会产生自然对流现象。
通常，冷空气从较低的位置进入建筑物，在与较暖的空气接触后升温上升，然后从高处排出。
4. 地球大气环流大空间自然对流的最典型例子是地球大气环流。
由于地球的自转和不均匀的太阳辐射，不同地区的气温差异造成了大气运动。
热带地区的空气上升形成热带雨林，而极地地区的空气下降形成极地风。
5. 春秋季节的温度差异产生的对流在春季和秋季，地球的温度分布不均匀，大陆和海洋之间存在明显的温差。
这种温度差异引起了地表风，也是一种大空间自然对流现象。
以上是一些关于大空间自然对流的例子和详细讲解。
这些现象在自然界中普遍存在，对于气候和环境的形成有重要影响。
了解大空间自然对流的原理和机制，可以帮助我们更好地理解自然界的运动和变化。
6. 大型暖通空调系统内的自然对流大型建筑物或办公楼中的暖通空调系统通过冷热气流的对流来调节室内温度。
冷空气由空调系统产生并通过通风管道输送到室内，然后在室内与室内热空气相遇而上升，形成自然对流。
这种自然对流可以帮助均匀分布温度，提高室内空气质量。
13-4 自然对流换热
自然对流换热自然对流1.竖板2.水平管3.水平板4.竖直夹层5.横圆管内侧竖直平板在空气中自然冷却：22220x u v x yu u dp u u v F xy dx y t t t u v a x y yρη∂∂+=∂∂⎛⎫∂∂∂+=-+ ⎪∂∂∂⎝⎭∂∂∂+=∂∂∂x F gρ=-dpg dxρ∞=-温度分布速度分布竖直平板在空气中自然冷却：22220x u v x yu u dp u u v F x y dx y t t t u v a x y y ρη∂∂+=∂∂⎛⎫∂∂∂+=-+ ⎪∂∂∂⎝⎭∂∂∂+=∂∂∂温度分布速度分布()22u u u u v x y y g ρρρη∞⎛⎫∂∂∂+=+ ⎪∂∂∂⎝⎭-11t t t ρρρρραρρρθ∞∞--∂⎛⎫=-≈=⎪∂-竖直平板在空气中自然冷却：22220u v x yu u u u v xy y v x g u a y yρθρθθθαη∂∂+=∂∂⎛⎫∂∂∂+=+ ⎪∂∂∂⎝⎭∂∂∂+=∂∂∂温度分布速度分布,,,,u x y u v X Y U V u L L θθ====Θ=竖直平板在空气中自然冷却：222220w a a a U VX Yg L U U U U V X Y u L u Y a U V X Y u L Yαθν∂∂+=∂∂∂∂∂+=Θ+∂∂∂∂Θ∂Θ∂Θ+=∂∂∂a w g Lu αθ⇒:数量级分析=a w g u Lαθ取竖直平板在空气中自然冷却：22222Gr G Pr 0r 11U VX YU U U U V X Y Y U V X Y Y∂∂+=∂∂∂∂∂+=Θ+∂∂∂∂Θ∂Θ∂Θ+=∂∂∂32Gr w g Lαθν=格拉晓夫数：=浮升力粘性力()Y 0Nu Gr,Pr Y f =∂Θ=∂:流态判断瑞利数：9=⋅Ra Gr Pr>⇒湍流10()Nu Gr Pr nC =⋅•定性温度为t m =(t w +t ∞)/2•C 、n 值针对不同的问题具体如下※等壁温•定性温度为t m =(t w +t ∞)/2•C 、n 值针对不同的问题具体如下※等壁温()Nu Gr Pr nC =⋅特征数关联式11=⋅*C x xn Nu Gr Pr )(※常热流=⋅=⋅=*θνλλνααh q g x x g x w x w x x x Gr Gr Nu 2234有缘学习交流＋Ｖ：ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）Thank You！12。
换热系数大自然对流课件
换热系数的计算方法
经验公式法
根据实验数据和经验，总结出换热系 数的计算公式，适用于特定条件下的 传热过程。
数值模拟法
通过建立数学模型和数值求解方法， 计算出物体间的换热系数，适用于复 杂结构和非线性传热过程。
换热系数的影响因素
流体性质
流体的物理性质如粘度、导热 系数和比热容等，对换热系数
有显著影响。
总结词
应对气候变化的自然对流措施
总结词
自然对流在气候预测中的作用
详细描述
针对气候变化对自然对流的影响，可以采取相应的措施来 减缓其不利影响，如加强环境保护、推广可再生能源等。
生态系统案例
总结词
湿地生态系统中的自然对流特征
详细描述
湿地生态系统中的自然对流具有独特的特征和规律，如湿 地中的水体流动、气体交换等。了解这些特征有助于深入 探究湿地生态系统的功能和机制。
温度差
物体间的温度差是换热过程的 驱动力，温度差越大，换热系 数越大。
表面状况
物体的表面状况如粗糙度、清 洁度和润湿程度等，能够影响 换热系数的大小。
流动状态
流体的流动状态如层流或湍流 ，对换热系数有较大影响，湍 流状态下的换热系数通常较大
。
02
大自然对流现象
对流现象的定义与分类
定义
对流是指流体内部由于温度、密度等物理性质的不均匀分布引起的宏观运动。
换热系数大自然对 流课件
目 录
• 换热系数概述 • 大自然对流现象 • 换热系数与大自然对流的关系 • 换热系数在大自然对流中的应用 • 案例分析
01
换热系数概述
定义与意义
定义
换热系数是指在单位时间内，单 位面积上所传递的热量与对应的 温度差之间的比值，用于描述物 体间的热量传递速率。
第7章对流换热
外掠流动 沿流动方向的 边界层外的主
纵向距离x
流速度u∞
管内流动 Re<2300——稳定的层流 Re>104 ——旺盛紊流
2300<Re<104——过渡流
外掠平壁 Rex<6×104——稳定的层流 Rex=(3~5)×105——过渡到紊流
15
一、层流流动
稳定流动情况下,粘性流体以均匀流速流入管道时壁面逐渐形 成边界层。管内流动时边界层厚度逐渐增加,并最后汇集于管道 中心。当流体再往前推进时,管内速度分布不再改变而形成充分 发展的流动 。
拉普拉斯算子在直角坐标系中代表
Du p 2u 2 (divV) X
D x
3 x
幻灯片 16
▲若流体的密度也是常数,则divV=0
粘性力
Du p 2u X D x
流体单位体 积的惯性力
单位体积的压力
体积力
原则上，据三个方向的动量方程式和连续性方程式可以结合 边界条件求解四个未知数u、v、w 和p。
但由于纳维——斯托克斯方程是非线性的微分方程组，只有少 数几种经简化后的情况可求得分析解，大量的尚依赖于数值解。 此外，流体的物性和压力都可能与温度有关，必须引进能量方程 式，并进一步考虑温度场和速度场之间的关联。
6
三、能量方程
微元控制体积单位时间内流 体通过控制体边界面净导入的 热量-总和,加上单位时间内界 面上作用的各种力对流体所作 的功,等于控制体积内流体总能 的时间变化率。
v
u y
w u z
Fx
dxdydz
控制体所受的力
可分为表面力Fs 和体积力Fb 两类
剪应力
du
§6-4 自然对流换热解析
Logo
夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度
为特征长度的 Gr 数：
Gr
对于竖直夹层，当 对于水平夹层，当
gt
3
2
当 Gr 极低时换热依靠纯导热：
Gr 2860 Gr 2430。
注意：与教材数据的不同！这里的数据仅供参考！
Heat Transfer
建筑工程系
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二、有限空间自然对流换热 这里仅讨论 如图所示 的竖的和水平的两种 封闭夹层的 自然对流换热 ，而且仅局限于气体 夹层。
封闭夹层示意图 (tw1 tw2 )
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3、自然对流换热的准则方程式 从对流换热微分方程组出发，可得到自然对流换 热的准则方程式：
Nu C ( Gr Pr ) C Ra
n
n
6-16
式中：格拉晓夫数是浮升力/粘滞力比值的一种量度。其值 的增大表明浮升力作用的相对增大。
6-17
注：竖圆柱按下表与竖壁用同一个关联式只限于以下情况：
d 35 1/ 4 H GrH
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传热学第56章对流换热
1、概述
要求解对流换热需得到速度场和温度场
假设： a) 流体为连续性介质
b) 流体为不可压缩的牛顿流体 c) 所有物性参数（、c、、μ）为常量 d) 忽略粘性力作功（即忽略粘性耗散产生的耗散热）
对于牛顿流体： u
y
4个未知量：速度 u、v ；温度 t ；压力 p
需要4个方程：连续性方程(1)、动量方程(2)、能量方程(3)
在贴壁处流速滞止，处于无滑移状态 （即：y=0, u=0），形成一极薄的不 运动的贴壁流体层。
在这一极薄的贴壁流体层中，热量只 能以导热方式传递
根据傅里叶定律：
qw
t
y
y0
W m2
流体的热导率 W (mC)
t y y0 — 在坐标(x,0)处流体的温度梯度
2020/4/28 - 10 -
(V) 0
2020/4/28 - 15 -
第5章 对流换热——§5-2 对流换热问题的数学描述
Euler法（控制体微元）：
(1) x、y、z方向流入的净流量：
udydz u u dxdydz u dxdydz
x
x
vdxdz
v
v y
dy
dxdz
v y
dxdydz
wdxdy w w dxdxdy w dxdydz
2020/4/28 - 5 -
第5章 对流换热——§5-1 对流换热概述
(3) 流体有无相变
单相换热 （Single phase heat transfer） ：
显热的变化
相变换热(Phase change)：凝结(Condensation)、 沸腾(Boiling)、
升华(sublimation)、 凝固(coagulation)、 融化(thaw)
自然对流换热
大空间自然对流换热：周围没有其它物体阻碍换热面上边界层 形成和发展的自然对流换热。
有限空间自然对流换热：否则称为有限空间自然对流换热 。
1大空间自然对流换热
边界层：层流→紊流。
转变点取决于温差和流体 的性质 Gr Pr＞109 流态为紊流 边界层内速度分布：
y 0和y 处，均为零
y= 1 处具有最大流速
形成厚 15 mm 的竖直空气夹层。试计算通过空气夹层的自然
对流换热量。
解 定性温度 tm (tw1 tw2 ) / 2 (100 40) / 2 70℃，据此查附录得，空气物性
1.029 kg/m3 ， 20.02106 m2/s ， 0.0296 W/(m 1m/
4
(
h
)1/
9
Gr Pr 2 105 ~ 1.1107 时，
Num
0.073(Gr
Pr
)1m/
3
(
h
)1/
9
（5-32）
（5-33） （5-34）
以上各式的适用范围为： Pr 0.5 ~ 2 h / 11 ~ 42
准则的定，性温度 : tm (tw1 tw2 ) / 2
例 5-8 温度分别为 100℃和 40℃，面积均为0.50.5 m2 的两竖壁，
)1/
9
0.197
(1.002
104
)1m/
4
(
0.015 0.5
)1/
9
1.335
Num 1.335 0.0296 2.63 W/(m2 K)
0.015
自然对流换热量为
Q Ft 2.63(0.50.5)(100 40) 39.5 W
作业
1. 4.