1、传热学 Heat Transfer,对流换热 Convective Heat Transfer,研究目的,第一部分（基础部分）：介绍影响对流换热的因素，确定对流换热表面传热系数h的几种方法及这些方法的介绍，理解物理机制,第二部分（应用部分）：具体介绍目前工程计算中较常用的几种类型情况下确定h的计算公式,主要内容,计算在各种不同条件下的表面传热系数h,传热学 Heat Transfer,第五章 对流传热的理论基础,传热学 Heat Transfer,5-1 对流换热概述,一、回顾,热对流（thermal convection）,流体各部分之间发生相对位移时，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
2、,对流换热（convective heat transfer）,流体流过不同温度的固体壁面时的热量传递过程,传热学 Heat Transfer,基本计算式(Newtons Law of Cooling),传热学 Heat Transfer,仅能发生在流动的流体中,必然有导热现象发生,对流传热的特点,温差存在,由于流体的粘性，紧贴壁面处变化剧烈,传热学 Heat Transfer,表面传热系数h ，是表征对流换热过程强弱的物理量。,流动方式：强制自然对流,介质：水空气,相变：有相变无相变水蒸气凝结有机蒸汽凝结,convective heat transfer coefficient,传热学 He
3、at Transfer,二、影响对流换热的因素,流动起因(The cause of motion),强制对流Forced convection,由外部动力源驱动流体流动,传热学 Heat Transfer,自然对流Natural convection,由于温差的存在， 使得流体内部产生密度差； 在体积力（重力）场的作用下产生浮升力， 从而驱动流体流动。,传热学 Heat Transfer,混合对流Mixed convection,外部动力源和浮升力共同驱动流体流动。,传热学 Heat Transfer,2.流体流动状态（The flow regimes）,雷诺实验,传热学 Heat Trans
4、fer,粘性流体的流动存在着两种不同的流型，即层流和湍流，这两种流动型态由英国物理学家雷诺（Reynolds）在1883年通过他的实验（即著名的雷诺实验）大量观察了各种不同直径玻璃管中的水流，总结说明了这两种流动状态。,传热学 Heat Transfer,换热表面几何因素（The geometric factors）,传热学 Heat Transfer,换热过程有无相变（phase change）,Boiling, condensation,传热学 Heat Transfer,5.流体的热物性（thermophysical properties）,在电影泰坦尼克号中Jack冻死了，但Rose
5、没有，为什么？,传热学 Heat Transfer,r,汽化（凝结）潜热,表面张力,g,传热学 Heat Transfer,三、对流换热的分类(classification),传热学 Heat Transfer,四、研究方法,获得h的方法,分析解法,实验法,比拟法,数值解法,采用数学分析求解的方法，有指导意义,通过大量实验获得表面传热系数的计算式，是目前的主要途径。,通过研究热量传递与动量传递的共性，建立起表面传热系数与阻力系数之间的相互关系，限制多，范围很小。,与导热问题数值思想类似，发展迅速，应用越来越多。,传热学 Heat Transfer,由傅里叶定律,牛顿冷却公式,如何从获得的温度场
6、来计算h,传热学 Heat Transfer,注意上式与导热问题IIIBC的差别,导热问题中，h已知，此处h为未知值,导热问题中，为固体导热系数，此处为流体导热系数,导热问题中，t为固体温度，此处t为流体温度,导热问题中， 为固体侧的温度梯度，此处为流体侧的温度梯度,传热学 Heat Transfer,5-2 对流换热问题的数学描写(mathematical formulation),特别是壁面附近的温度分布,传热学 Heat Transfer,Energy Eq.,Energy conservation law,Momentum conservation law,Mass conservat
7、ion law,传热学 Heat Transfer,简化假设,一、能量微分方程导出,依据,Fourier导热定律,能量守恒定律，用于开口系统,2D、不可压缩的牛顿流体、常物性、无内热源、忽略粘性耗散,传热学 Heat Transfer,推导,建立坐标系，取分析对象（微元体）,传热学 Heat Transfer,外界导入微元体的净热流量,微元流体热力学能增量,流入微元体的热流量,流出微元体的热流量,微元流体做的净功,传热学 Heat Transfer,外界导入微元体的净热流量,流入微元体的净热流量,传热学 Heat Transfer,流出微元体的净热流量,微元流体热力学内能增量,微元流体做的净功,传热学 Heat Transfer,传热学 Heat Transfer,Incompressible fluid,传热学 Heat Transfer,讨论,对流换热过程中，热量传递除了依靠流体流动所产生的对流项外，还有导热引起的扩散项,若流体静止，则出现什么情况？,传热学 Heat Transfer,二、二维、不可压、常物性、无内热源、牛顿流体对流换热问题的数学描写,控制方程,传热学 Heat Transfer,定解条件,初始条件,边界条件,给出=0时刻速度、压力、温度的分布,速度无滑移、温度一二类,
