第三章非耦合邊界層理論ppt課件

1、第三章第三章 非耦合外部層流邊界層非耦合外部層流邊界層的換熱和傳質(zhì)的換熱和傳質(zhì)能源與環(huán)境學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容3.1 縱向繞流平壁的換熱縱向繞流平壁的換熱3.2 縱向繞流楔形物體的換熱縱向繞流楔形物體的換熱3.3 壁面有抽吸核噴注時的換熱壁面有抽吸核噴注時的換熱3.1 3.1 縱向繞流平壁的換熱縱向繞流平壁的換熱t(yī)TTThermal boundary layer xtFree streamxy縱向繞流平壁對流換熱縱向繞流平壁對流換熱uwT物理模型物理模型假設(shè)：假設(shè)：常物性；常物性；無內(nèi)熱源；無內(nèi)熱源；忽略體積力；忽略體積力；忽略粘性耗散。忽略粘性耗散。二維穩(wěn)態(tài)邊界層數(shù)學(xué)模型二維穩(wěn)態(tài)

2、邊界層數(shù)學(xué)模型數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型22220yTayTvxTuyuyuvxuuyvxu0,0, 0, 0, 00,0 xyTTuuxyTTvuyxxTTuuw非耦合非耦合速度場與溫度場無關(guān)速度場與溫度場無關(guān)常物性常物性流流動動模模型型的的求求解解vxuy相似變量相似變量引入流函數(shù)引入流函數(shù)xvyu, 10000021 ffffff33222yyxyxy xvuf龍格庫塔數(shù)值計算龍格庫塔數(shù)值計算H. Blasius 方程方程0 . 10123456721vxuyuu21vxuuv8604. 0平壁層流邊界層中速度分布平壁層流邊界層中速度分布邊界層的存在，引起外部位流縱向速度的變化可以忽略；邊界層的存

3、在，引起外部位流縱向速度的變化可以忽略；隨著邊界層的增厚，對主流產(chǎn)生排擠作用，在外緣引起隨著邊界層的增厚，對主流產(chǎn)生排擠作用，在外緣引起附加的法向速度。附加的法向速度。結(jié)結(jié)果果分分析析其其它它結(jié)結(jié)果果0ywyu摩擦阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)22uCwf換換熱熱模模型型的的求求解解TTTTw22yayvxu, 0)(0, 1)0(0Pr21fvxuy相似變量相似變量無量綱溫度無量綱溫度E. Pohlhausen 方程方程求解結(jié)果求解結(jié)果0.41.20.81.62.02.400.20.40.60.81.0TTTTwvxUy2.62.83.23.6 4.010006 . 0Pr 縱向繞流平壁時得無量綱溫度

4、分布縱向繞流平壁時得無量綱溫度分布 Pr,0fdfdf熱邊界層厚度熱邊界層厚度10Pr6 . 0Pr31r 10PrPr339. 010Pr6 . 0Pr332. 005. 0PrPr564. 03131210dd RexxNuPr0.010. 101.00310210110110壁面熱流壁面熱流 TTxudkyTkTThqwywxxw00, xudkhx0局部換熱系數(shù)局部換熱系數(shù)局部局部NuxkxhNuxx3.2 3.2 縱向繞流楔形物體的換熱縱向繞流楔形物體的換熱2xTu ,wT假設(shè)：假設(shè)：常物性；常物性；穩(wěn)態(tài)；穩(wěn)態(tài)；二維流動；二維流動；低速層流。低速層流。mm-0.0199-0.1991

5、/90.2-0.0654-0.141/30.5001141.6 mCxxU2m 22220yTayTvxTuyudxxdVxUyuvxuuyvxu 0,0, 0, 0, 00,0 xyTTxUuxyTTvuyxxTTuuw控制方程控制方程邊界條件邊界條件數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 vxxUmy21 fxxUmyxxRe12,動量方程邊界條件V. M. Falkner 和S. W. Skan方程01 2ffff , 1000, 00fff 速度方程的求解速度方程的求解11988. 0計算結(jié)果分析計算結(jié)果分析13245600.20.40.60.81.00 . 13 . 00 . 01 . 0198. 0加速

6、流動加速流動減速流動減速流動 xUuf vxxUmy21加速流動順壓力梯度加速流動順壓力梯度)邊界層厚度薄邊界層厚度薄減速流動逆壓力梯度）減速流動逆壓力梯度）邊界層厚度厚邊界層厚度厚001988. 0出現(xiàn)回流現(xiàn)象出現(xiàn)回流現(xiàn)象 切向速度切向速度速度分布速度分布 法向速度法向速度 1121RefmmfmxUvx 邊界層厚度邊界層厚度 xUvx 溫度方程的求解溫度方程的求解TTTTw vxxUmy21 fvxUm12 , 00, 100PrfPr,0PrPr00fdedefdfd溫度分布為溫度分布為計算結(jié)果分析計算結(jié)果分析壁面熱流壁面熱流qw,x0,ywxxwyTkTThqdeCxmkhfdmx0P

7、r121局部對流換熱系數(shù)局部對流換熱系數(shù)hx局部努塞爾數(shù)局部努塞爾數(shù)Nux dexxUmkxhNufdxx0Pr21Pr,21Re0Pr21mfdemNufdxx無量綱溫度分布無量綱溫度分布楔形角對描述換熱特征的楔形角對描述換熱特征的無量綱溫度分布的影響并無量綱溫度分布的影響并不十分明顯，相對不十分明顯，相對而言，而言，Pr數(shù)對溫度分布的影響要數(shù)對溫度分布的影響要大得多。大得多。13200.20.40.60.81.0TTTTw vxxUmy216 . 114. 06 . 114. 07 . 0Pr 10Pr xxNuRePr0.11100100.010.11106 . 1199. 0 常數(shù)21

8、xxUkxhx一定mPr,2121)(mmxxxxUknhxhx000 xhxxhx1m1m1m3.3 3.3 壁面有抽吸和噴注時的換熱壁面有抽吸和噴注時的換熱基本概念基本概念流體從邊界層中吸出，避免邊界層分離，降低流動流體從邊界層中吸出，避免邊界層分離，降低流動阻力。阻力。流體通過壁面吹進(jìn)邊界層中，保護(hù)壁面不受高溫侵流體通過壁面吹進(jìn)邊界層中，保護(hù)壁面不受高溫侵蝕。蝕。Tu ,ccTu ,主流主流射流射流薄膜冷卻薄膜冷卻假設(shè)：假設(shè)：抽吸和噴注的量很小，流動仍滿足邊界層理論的簡化條件；抽吸和噴注的量很小，流動仍滿足邊界層理論的簡化條件；噴注流體與主流流體相同；噴注流體與主流流體相同；壁面溫度與抽

9、吸或噴注流體的溫度相同。壁面溫度與抽吸或噴注流體的溫度相同。Tu ,xy01. 00001. 0uvwv 22220yTayTvxTuyudxxdVxUyuvxuuyvxu 0,0, 0, 00,0 xyTTxUuxyTTxvuyxxTTuuww控制方程控制方程邊界條件邊界條件 xxUxUvmfNumxxPr,Re21求解求解 xxUxUvm噴注參量噴注參量平板上有抽吸和噴注時的無量綱速度分布平板上有抽吸和噴注時的無量綱速度分布噴注使流動邊界層增厚，抽吸使流動邊界層減薄。噴注使流動邊界層增厚，抽吸使流動邊界層減薄。噴注參量超過噴注參量超過0.619后，邊界層被橫向后，邊界層被橫向“吹離平壁，吹離平壁，邊界層的假設(shè)不成立。邊界層的假設(shè)不成立。0246810120.20.40.60.81.0 xwuvRe60.050.025.00 .05 .2xxyReuuf619. 00240.20.40.60.20