第五章 对流换热原理

第五章对流换热原理5.1对流换热概述

5.2流动边界层和热边界层

5.3 边界层对流换热微分方程组5.4相似原理

5.1.1 定义

5

.1 对流换热概述

对流换热是流体流过固体壁面情况下所发生的热量交换现象。

对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热，它已不是基本传热方式。

5.1.2 特点

导热与热对流同时存在的复杂热传递过程；

必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动，

也必须有温差；

由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧

贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层；

5.1.3 应用举例

5.1.4 基本计算公式

（牛顿冷却公式）

hA t

φ=∆式中：h 称为对流换热系数，单位()2

/.W m K 对流换热系数是一个受众多因素影响的变量，事实上，我们研究对流换热的主要目的就是找出各因素对对流换热的影响有多大，进而整理出对流换热系数的表达式。

5.1.5 影响对流换热系数的因素

流动的起因不同，流体中的速度场、温度场会有差别，所以传热规律就不一样了，从而对流换热系数也不同。

一般来说，同一种流体的强迫对流换热系数要比自然对流换热系数大的多。

3.

4. 壁面的几何形状、大小和位置

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

书上还提到传热面大小、管束排列方式、管间距、冲刷角度也会影响到传热系数。

5.

由上述讨论可知，影响对流换热的因素确

5.1.6 分类

5.1.7 研究方法

分析法

数值法

比拟法

实验法

5.2 边界层

对于描述对流换热现象的数学模型在全部流场内进行求解是很困难的，只有对于少数非常简单的对流换热问题才能求解。

1904年，德国科学家普朗特（L. Prandtl）在大量实验观察的基础上提出了著名的边界层概念，使微分方程组得以简化，使其分析求解成为可能。

L. Prandtl（1875－1953）

边界层概念：

当粘性流体流过物体表面时，会形成速度梯度很大的流动边界层；当壁面与流体间有温差时，也会产生温度梯度很大的温度边界层。5.2.1 流动（速度）边界层

1. 定义0.99u

2.

5

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510

x

5.2.2 热边界层（温度边界层）

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000.99w w t w y T T y T T θδθθ∞==-===-=；；