2009-8-20
第四章传热 一、对流传热的分析二、壁面和流体的对流传热速率三、热边界层第三节对流传热
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一、对流传热的分析流体沿固体壁面的流动滞流内层缓冲层湍流主体流体分层运动,相邻层间没有流体的宏观运动 。 在垂直于流动方向上不存在热对流,该方向上的热传递仅为流体的热传导 。 该层中 温度差较大,即温度梯度较大 。
热对流和热传导作用大致相同,在该层内温度发生较缓慢的变化 。
温度梯度很小,各处的温度基本相同 。
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对流传热是集对流和热传导于一体的综合现象 。
对流传热的 热阻主要集中在滞流内层 。 减薄滞流内层的厚度是强化对流传热的主要途径 。
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二、壁面和流体间的对流传热速率
1、对流传热速率表达式据传递过程速率的普遍关系,壁面和流体间的对流传热速率：
对流传热阻力对流传热推动力对流传热速率? 推动力系数
推动力：壁面和流体间的温度差阻力：影响因素很多,但与壁面的表面积成反比 。
对流传热速率方程可以表示为：
dS
TTdQ w
1
dSTT
w )( —— 牛顿冷却定律
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在换热器中,局部对流传热系数 α随管长而变化,但在工程计算中,常使用平均对流传热系数,此时牛顿冷却定律可以表示为：
tSQ
2,对流传热系数对流传热系数 a定义式：
tS
Q

表示 单位温度差下,单位传热面积的对流传热速率 。
单位 W/m2.k。
反映了 对流传热的快慢,对流传热系数大,则传热快 。
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三、热边界层与换热微分方程式热边界层 （ 温度边界层 ）,
壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域 。
规定 )(99.0
TTTT ww
处为热边界层的界限,
热边界层的厚度常用
T?
表示 。
温度边界层内的温度分布与流动边界层内流体的流动情况有关：
在靠近壁的层流内层中流动为层流,热量传递通过导热进行 。 温度分布曲线的斜率大 （ 温度梯度大 ） 。
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在缓冲层内,由于对流传热的作用,温度梯度变小 。
在湍流核心,质点湍动强烈,对流很快,
温度梯度更小 。
如果用
0?

nn
T 表示贴壁处流体的温度梯度,
则
0?

nn
TdSdQ? 与牛顿冷却定律 TdSdQ 联立：
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0?

nn
T
T

—— 理论上计算对流传热系数的基础表明：对一定的流体,当流体与壁面的温度差一定时,对流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度 。
热边界层的厚薄,影响层内温度分布,因而影响温度梯度
。 当边界层内,外的温度差一定时,热边界层越薄,温度梯度越大,因而 α也就上升 。 因此 通过改善流动状况,使层流底层厚度减小,是强化传热的主要途径之一 。