实用工程仿真传热学——例1-6
传热学(全套课件666P) ppt课件
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 1 、概念
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
第一章
绪
论
§1-0 概 述
一、基本概念
❖ 1 、传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的学科。 ❖ 1)物体内只要存在温差，就有热量从物
体的高温部分传向低温部分； ❖ 2)物物体。
2 、热量传递过程 根据物体温度与时间的关系，热量传递过程 可分为两类：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
传热学第六章课件
ε R：弯管效应修正系数。（详见后述）
14
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
① ε l 为考虑入口段对平均对流传热系数影响的入口效应修正系
数，又称管长修正系数。
εl≥1
15
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
3 加热液体或冷却气体
18
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
② ε t 为温差修正系数：
综上所述，不均匀物性场对对流传热的影响，视液体还是气体、
加热还是冷却以及温差大小而异，温差修正系数εt 一般可按下式
计算：
液体：
加热
冷却
气体：
加热
冷却
19
第一节 单相流体的强迫对流传热
气体：
εR≥1
式中，R为弯管的弯曲半径
液体：
※特别地，对于蛇形管，直管段较短时必须考虑弯曲段的影响；
而直管段较长时（如锅炉过热器、省煤器的管子以及化工厂蛇形
管换热器中的管子等），弯曲管段对整个管子平均对流传热系数
的影响不大，可近似取εR=1。
21
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
长铜管，进、出口温度分别为20℃和60℃。设铜管内壁的平
均温度为90℃，试计算冷却水侧的对流传热系数及单位管长
的传热量。
解： 由题意，
① 选取特征温度，查取有关物性参数值。
27
第一节 单相流体的强迫对流传热
② 计算雷诺数Re，判定流动状态。
③ 选取公式，计算Nu数，进一步计算平均对流传热系数h。
传热学数值模拟实例教程(袁老师)
传热学数值模拟实例教程王志军编著邓权威河南理工大学二〇〇九年十二月前言一、实验说明导热问题实际上就是对导热微分方程（能量方程）在规定的定解条件下进行求解，而对流问题除了对能量方程进行求解外，往往还需对质量守恒方程以及动量方程进行求解。
对于少数几何形状以及边界条件简单的问题能获得分析解，但对于大多数工程技术中遇到的许多几何形状或边界条件复杂的导热对流问题，数学上还无法得除其分析解。
另一方面，在近几十年中，随着计算机技术的迅速发展，数值模拟技术得到了飞速的发展，其中CFD （计算流体力学）能解决流体流动，传热传质等很多工程问题，因而发展非常快。
Fluent 作为目前国际上最流行的商用CFD软件之一，在美国和中国的市场占有率都超过60%。
只要涉及到流体、热传递以及化学方法等问题都可以用Fluent进行求解。
它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、消防火灾、环境分析等方面都有着广泛的应用。
本模拟实例库主要是运用成熟的Fluent软件对传热学的一些简单问题进行数值求解，主要包括一维稳态导热问题的求解，二维多热源的稳态导热问题，二维方腔内自然对流和混合对流，管内强制对流换热问题的数值模拟。
模拟实验的目的在于是为同学们提供一个形象直观而又生动的工具，为本科传热学的学习提供一个新的视角，使传热学的学习从抽象的理论中解放出来，变得直接而有主动，增强他们学习的兴趣与动力，从枯燥的灌输中解放出来。
另一方面数值模拟还能加深学生对基本概念、基本规律的理解。
杨世铭说：“传热学课程的教学应当从以往的单纯地为后续专业课服务而转变到着重培养学生的素质与能力方面来。
通过将CFD数值模拟方法渗透到传热学的本科实验中，为培养学生的素质与能力提供一个强有力的工具，最终促进学生创新能力和应用能力的全面提升。
二、Fluent软件简介Fluent软件是美国Fluent公司开发的通用CFD流场计算分析软件，囊括了Fluent Dynamic International、比利时Polyflow和Fluent Dynamic International（FDI）的全部技术力量（前者是公认的粘弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司，而后者是基于有限元方法CFD软件方面领先的公司）。
实用工程仿真传热学——例2-6 肋片传热的工程仿真
实用工程仿真传热学净水泥盆【原创，版权所有】序：本人计划以传热学经典书籍《传热学第四版》、《工程传热传质学》等为参考，对书上的经典例题、习题，利用工程仿真的方法解答。
由于经典教科书上的例题、习题物理概念清楚，有些有很强的工程应用背景，这些习题可以帮助学生、工程师更深入的理解传热学概念、方法，也更快的应用于他们的工程案例，解决工程问题。
有些习题的源文件稍加修改后就能用于新的工程计算，这一模式对于学习和使用来说非常方便，本人也是在这种思路的启发下开始本工作。
最后以孔子的话结束本序，开始我们的乐趣旅程——学而时习之，不亦乐乎？！例题2-6 肋片传热的工程仿真题目：来自《传热学第四版杨世铭、陶文铨》page 61分析：这个问题的物理本质与等截面肋片换热相同。
这个问题可以用理论解、有限差分数值解得到答案，其中有限差分数值解可以用fluent、CFX等商业CFD软件实现，也可以用Amesim实现。
由于问题较为简单，用Amesim实现很方便。
下面我们用Amesim解答这个题目。
根据理论解，套管的直径对于温度结果没有影响，但是物理仿真时是需要的，这里我们假设温度计套管直径20mm。
仿真模型：计算设置：（1）材料物性设置对于稳态导热计算，只需要材料的导热系数。
其余参数保持默认不变。
（2）每个离散单元的设置将整个温度计套管离散成8个热容块，包括7个均匀的热容块和1个很小质量的热容块（用来模拟套管末端面）。
热容块：根据材料物性和热容块的几何尺寸计算热容块的质量。
为了计算方便，设置了一个Global parameter mass1=0.034kg。
热导：根据热容块之间的距离和导热系数计算热导。
对流散热：将气流温度设置成Global parameter hf。
计算时试凑hf，直到套管末端的温度为100℃。
其它设置描述略。
计算结果：当hf=105.6℃时，计算得到的套管不同位置的温度如下图。
根据图中分析套管温度随位置的变化关系是合理的。
传热学-第6章-单相对流传热的实验关联式
0.25
0.14
10 Ref 1.75 10 ; 0.6 Prf 700; 适用参数范围：
定性温度：进出口截面流体平均温度的算术平均值 tf
L d
50
特征长度：管内径d
说明： (1) 非圆形截面的槽道，采用当量直径de 作为特征尺度; (2) 入口段效应则采用修正系数乘以各关联式; (3) 螺旋管中的二次环流的影响，也采用修正系数乘以 各关联式。 （4）短管修正
入口段长度
层流 紊流
l 0.05 RePr d
l 60 平均表面传热系数不需考虑入口效应 d
（3）热边界条件——均匀壁温和均匀热流两种 湍流：除液态金属外，两种条件的差别可不计 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。
（4）特征速度——取截面的平均流速，并通过流量获得
二、 影响管内对流换热的几个因素
二、管内强迫对流传热特征数关联式
换热计算时,先计算Re判断流态，再选用公式 1. 紊流——迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：
Nuf 0.023Re Pr
0.8 f
n f
0.4 n 0.3
(tw tf ) (tw tf )
适用的参数范围： 104 Ref 1.2 105 ; 0.7 Prf 120;
y 0
t h t y tw
y 0
根据物理量场相似的定义
t h t y y0 tw
Ch Cl t h t y C tw
ChCl 1 C
二、 相似原理
相似原理主要包含以下内容：
物理现象相似的定义； 物理现象相似的性质； 相似特征数之间的关系； 物理现象相似的条件 。 （1）物理现象相似的定义 物理现象的相似以几何相似为前提。两个同类图形对应 尺度成同一比例,则这两个同类图形几何相似。几何相似的两 个图形中对应的空间点之间的距离必然成同一比例。 物理现象相似——同类物理现象之间所有同名物理量场都相 似，即同名的物理量在所有对应时间、对应地点的数值成比例。
传热学第六章
流动全部为紊流
局部传热系数关联式 Nuxm 0.0296Rex4m/5Prm1/3
平均传热系数关联式 Num 0.037Rem4/5Prm1/3
Rex=0≥108 0.6 Prm 60
混合边界层
h
1 l
xc
0
hcx
dx
1
l
xc
hcx
2 dx
Rem
u d o
层流 Rem 1.4 105
层流、紊流的转变
特征速度 来流速度 u∞ 特征尺寸 管外径 d0
Rem＞1.4 105
定性温度 热边界层的平均温度 tm=1/2(t∞+tw)
1.流动的特征
圆柱前半部，沿流动方向流体处于加速减压状态，沿流向压 力逐渐减小。圆柱后半部，沿流向压力逐渐增加。最大粘滞 摩擦力处于圆柱表面处，因而圆柱表面附近的流体受到的阻 力最大。
小结：利用关联式获取表面换热系数的关键步骤
1，熟悉对象：如流过平板、圆柱、球或管束； 2，确定特征温度，查表获取特征温度下流体的热物理参数； 3，确定特征长度，计算Re数； 4，确定要获取局部、还是平均表面换热系数； 5，选择合适的关联式计算无量纲表面换热系数，即Nu数； 6，计算换热系数。
2017/10/23
第六章 单相对流换热的实验关联式
Convection Heat Transfer
§6-1 管内强制对流传热
6.1.1管内强制对流流动和换热的特征
入口段 充分发展段
1. 层流和湍流判别
层流： Re 2300 过渡区： 2300 Re 10000 旺盛湍流： Re 10000
Nu f
热仿真简单例题
热仿真简单例题
热仿真是指通过计算机模拟来模拟物体的热传导行为。
在实际工程中，经常需要对复杂的物体进行热仿真分析，以判断其在不同环境下的温度变化情况。
以下是一个简单的热仿真例题：
假设有一块长方形的铁板，边长分别为10cm和20cm，厚度为1cm。
该铁板的初始温度为20℃，周围环境温度为0℃。
试求出当时间为30s时，铁板中心处的温度。
解题步骤如下：
1. 定义计算区域：在热仿真软件中，需要定义计算区域的边界和初始温度分布。
对于本题，计算区域为整块铁板，边界为固定温度为0℃的环境空气，初始温度分布为20℃。
2. 设置材料参数：铁的热传导系数为80.2 W/(m·K)，密度为7.87 g/cm，比热容为0.45 J/(g·K)。
3. 建立数学模型：根据热传导原理，可以建立热传导方程。
对于本题，假设铁板的热传导为一维情况，因此热传导方程为：T/t = αT/x，其中T为温度，t为时间，x为沿着板厚方向的距离，α为热传导系数。
4. 进行数值模拟：将热传导方程输入计算机，进行数值模拟。
根据题目要求，在时间为30s时，计算铁板中心处的温度。
5. 得出结果：经过计算，得出铁板中心处的温度为14.8℃。
以上就是一个简单的热仿真例题的解题步骤。
在实际工程中，需要根据具体情况进行细节调整和精度控制，以保证仿真结果的准确性
和可靠性。
floefd流动与传热仿真入门及案例
floefd流动与传热仿真入门及案例FloEFD是一款用于流动与传热仿真的软件，可以帮助工程师们更好地理解和优化产品的热性能。
以下是一些FloEFD流动与传热仿真的入门及案例：入门：1. 了解基础知识：在开始使用FloEFD之前，建议先了解一些关于流动和传热的基本知识，如流体动力学、传热学等。
这将有助于更好地理解FloEFD的原理和应用。
2. 学习软件操作：可以通过FloEFD的官方网站、教程、视频等途径学习软件的操作，掌握基本的功能和命令。
3. 建立模型：使用FloEFD进行流动与传热仿真需要建立模型。
可以通过软件自带的建模工具或CAD软件建立模型，并导入到FloEFD中。
4. 设置仿真参数：根据实际问题的需要，设置合适的仿真参数，如流体属性、边界条件、求解器设置等。
5. 运行仿真：设置好参数后，可以运行仿真并进行结果分析。
案例：1. 电子设备散热仿真：使用FloEFD对电子设备进行散热仿真，分析设备的温度分布、热流密度等参数，优化设备的散热设计。
2. 汽车发动机冷却系统仿真：通过FloEFD对汽车发动机冷却系统进行仿真，模拟冷却液的流动和传热过程，优化冷却系统的性能。
3. 建筑通风和空调系统仿真：使用FloEFD对建筑通风和空调系统进行仿真，模拟空气的流动和传热过程，优化系统的性能和能耗。
4. 流体机械内部流动仿真：通过FloEFD对流体机械内部流动进行仿真，分析流体的流动特性和机械的效率，优化机械的设计。
5. 食品加工过程传热仿真：使用FloEFD对食品加工过程进行传热仿真，模拟加工过程中的热量传递和温度变化，优化加工工艺和设备设计。
总之，FloEFD流动与传热仿真入门需要掌握基础知识、软件操作、模型建立和参数设置等技能，通过实际案例的应用可以更好地理解和应用FloEFD软件。
实用工程仿真传热学——例5-2 大平板对流传热
实用工程仿真传热学净水泥盆【原创，版权所有】序：本人计划以传热学经典书籍《传热学第四版》、《工程传热传质学》等为参考，对书上的经典例题、习题，利用工程仿真的方法解答。
由于经典教科书上的例题、习题物理概念清楚，有些有很强的工程应用背景，这些习题可以帮助学生、工程师更深入的理解传热学概念、方法，也更快的应用于他们的工程案例，解决工程问题。
有些习题的源文件稍加修改后就能用于新的工程计算，这一模式对于学习和使用来说非常方便，本人也是在这种思路的启发下开始本工作。
最后以孔子的话结束本序，开始我们的乐趣旅程——学而时习之，不亦乐乎？！例题5-2 大平板对流传热题目：来自《传热学第四版杨世铭、陶文铨》page 217注意原题的讨论。
分析：平板对流传热量计算Amesim实现很方便。
仿真模型：计算设置：对流传热元件的设置如下，注意特征长度为板长320mm，冷流到湍流的转捩Re数为2e5~5e5。
其它设置描述略。
计算结果：计算结果与原题结果一致。
讨论：（1）在系统仿真时，对流传热的计算准确度依赖于对流换热关联式的准确性。
针对各种典型流动，已经发展出了多种换热关联式，使用时首先要注意公式的适用性，其次换热关联式给出的对流换热系数的误差一般能达到10%~20%，对这一点要有清醒的认识。
（2）应用系统仿真，由于传热系统里涉及对流、导热、辐射等多种现象，多个环节，对于对流换热系数给出的不确定性，建议在系统仿真时开展影响分析。
有时工程师会发现，针对特殊问题，对流换热系数即使偏差100%，但对工程师所关心的目标量的计算的影响很小。
这在以后的算例中我们会展现这一点。
但还是要记住，注意对流换热关联式的适用性，认识对流换热系数的不确定度。
传热学--外部流动强制对流换热实验关联式 ppt课件
Nu
0.3
[1
0.62 Re1 / 2 Pr1 / 3 (0.4 / Pr)2 / 3]1 / 4
1
Re 282000
5
/
8
4
/5
式中：定性温度为
(tw
t
)
/
2,
适用于 Re Pr 0.2 的情形。
8/43
ppt课件
例题6-4 在低速风洞中用电加热圆管的方法来进行空气横掠水 平放置的圆管的对流换热实验。实验管置于风洞的两个侧壁上， 暴露在空气中的部分长100mm，外径为12mm。实验测得来流气温
laminar y
②有限空间(空间大小对换热效果有影响)(natural
convection in enclosure)
21/43
ppt课件 22/43
ppt课件 23/43
ppt课件
三、自然对流换热现象的控制方程及相似特征数
1.以竖直平板上空气被加热为例
Continuity Eq. u v 0
夹层换热为纯导热
另外经常需考虑辐射换热
33/43
4.实验关联式
竖夹层
ppt课件
水平夹层
Nu
C Gr
Pr
n
H
1 9
C 0.197，层流 C 0.073，湍流
n n
1 ，层流 4 1 ，湍流
3
Nu C Gr Prn H
定性温度为两壁的平均温度40100100210915ppt课件3643104441002201015601091510002nu所以396025ppt课件3743自然对流与强制对流并存的混合对流在对流换热中有时需要既考虑强制对流亦考虑自然对流考察浮升力与惯性力的比值一般认为时自然对流的影响不能忽略时强制对流的影响相对于自然对流可以忽略不计
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实用工程仿真传热学
序：
本人计划以传热学经典书籍《传热学第四版》、《工程传热传质学》等为参考，对书上的经典例题、习题，利用工程仿真的方法解答。
由于经典教科书上的例题、习题物理概念清楚，有些有很强的工程应用背景，这些习题可以帮助学生、工程师更深入的理解传热学概念、方法，也更快的应用于他们的工程案例，解决工程问题。
有些习题的源文件稍加修改后就能用于新的工程计算，这一模式对于学习和使用来说非常方便，本人也是在这种思路的启发下开始本工作。
最后以孔子的话结束本序，开始我们的乐趣旅程——学而时习之，不亦乐乎？！
例1-6 人体降温
下文来自《传热学第四版杨世铭、陶文铨》page 23
这个讨论题很有趣，本人是看到题目是才知道人体颤抖能够产生大量的新陈代谢热量（能否颤抖减肥呢？哈哈）。
还有人体热容量，看到这个问题，头脑中忽然一片空白，我的热容是多少呢？百度之，答曰人体热容与水接近。
哦，明白了，人体大部分都是由水组成的，所以和水相近。
假设我的体重是75kg，我的比热容是4200 J/(kg.K)，则我的热容是3.15e5 J/K，与题目中给出的接近，原来如此啊。
猜测差别可能是人体内还有化学反应吧，咱们这个问题后面再研究，暂且反推75kg的人体的比热容为6666.7 J/(kg.K)。
先用工程方法估算一下人体的温降吧。
Amesim仿真模型
模拟人体材料设置，密度参考水的密度，比热容为反推值，导热系数在0维计算中不
起作用
人体质量块设置，重75kg，初始温度36.8℃
人体温度变化计算结果
讨论：
（1）1小时后，人体温度从36.8℃降低到33.9℃。
百度之，“体温在35.0以下称为体温过低。
多见于早产儿及全身衰竭的危重病人。
对体温过低病人的护理：应密切观察病情变化；注意适当保温，使室温保持下24.0~26.0°C 为宜。
”
所以，耐寒锻炼要适度，注意安全。
（2）传热学很有趣哦！
（3）我们继续前行，欢迎交流哦！。