工程传热学(华中科大)04对流换热原理

工程传热学(华中科大)04对流换热原理

第四章对流换热原理在绪论中已经指出，对流换热是发生在流体和与之接触的固体壁面之间的热量传递过程，是属于发生在流体中的热量传递过程，有着广泛的工程应用领域。由于在这一过程中流体的运动，热量将主要以热传导和热对流的方式进行。本章简述对流换热过程的基本原理，介绍确定表面传热系数 h 的方法。首先，将质量守恒、动量守恒和能量守恒的基本定律与斯托克斯粘性定律和傅里叶热传导定律相结合，并应用于流体系统，导出支配流体速度场和温度场的控制方程，即对流换热微分方程组。其次，运用相似理论及量纲分析方法对换热过程的参数进行归类处理，将物性量，几何量和过程量按物理过程的特征组合成无量纲数，以减少所研究问题的变量数目，给求解对流换热问题带来较大的方便；并介绍通过方程的无量纲化和实验研究而得到常用准则及准则关系式的方法。再次，引入边界层的概念，对完全的对流换热微分方程组进行简化，得出特定条件下对流换热问题的分析解。最后，对于紊流流动换热现象的特征及其处理方法进行简单的介绍。 §4-1 对流换热概述 1 对流换热过程对流换热是发生在流体和与之接触的固体壁面之间的热量传递过程，是宏观的热对流与微观的热传导的综合传热过程。由于涉及流体的运动使热量的传递过程变得较为复杂，分析处理较为困难。因此，在对流换热过程的研究和应用上，实验和数值分析的处理方法是常常采用的。下面我们以简单的对流换热过程为例，对对流换热过程的特征进行粗略的分析。图 4-1 给出了一个简单的对流换热过程。它表示了流体以来流速度 u ∞ 和来流温度 t ∞ 流过一个温度为 t w 的固体壁面的流动换热问题。这里选取流体沿壁面流动的方向为 x 坐标、垂直壁面方向为 y 坐标。由于固体壁面对流体分子的吸附作用，使得壁面上的流体是处于不流动或不滑移的状态（此论点对于极为稀薄的流体是不适用的）。又由于流体分子相互之间的穿插扩散和(或)相互之间的吸引造成流体之间的相互牵制。

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