§6-4-自然對(duì)流換熱解析

HeatTransfer

傳熱學(xué)

建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)主干課程之一

!§6

單相對(duì)流換熱

建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)主干課程之一

!Chapter6TheHeatTransferofSingle-phaseConvectionHeatTransfer§6-4

自然對(duì)流換熱1、自然對(duì)流產(chǎn)生的緣由自然對(duì)流：不依靠泵或風(fēng)機(jī)等外力推動(dòng)，由流體自身溫度場(chǎng)的不勻整所引起的流淌。一般地，不勻整溫度場(chǎng)僅發(fā)生在靠近換熱壁面的薄層之內(nèi)。例如：暖氣管道的散熱、不用風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻的電器元件的散熱0前言HeatTransfer2、自然對(duì)流換熱的分類自然對(duì)流換熱問(wèn)題常常按流體所處空間的特點(diǎn)分成兩大類：假如流體處于相對(duì)很大的空間，邊界層的發(fā)展不受限制和干擾，稱為無(wú)限空間的自然對(duì)流換熱；若流體空間相對(duì)狹小，邊界層無(wú)法自由綻開(kāi)，則稱為有限空間的自然對(duì)流換熱?！?-4

自然對(duì)流換熱HeatTransfer1、流淌邊界層的形成與發(fā)展設(shè)板溫高于流體的溫度。板旁邊的流體被加熱因而密度降低(與遠(yuǎn)處未受影響的流體相比)，向上運(yùn)動(dòng)并在板表面形成一個(gè)很薄的邊界層。假如豎板足夠高，到確定位置也會(huì)從層流發(fā)展成為湍流邊界層。自然對(duì)流湍流時(shí)的換熱當(dāng)然也明顯強(qiáng)于層流。一、無(wú)限空間自然對(duì)流換熱HeatTransfer自然對(duì)流邊界層中的速度分布與強(qiáng)迫流淌時(shí)有原則的區(qū)分。壁面上粘滯力造成的無(wú)滑移條件照舊存在。同時(shí)自然對(duì)流的主流是靜止的，因此在邊界層的某個(gè)位置，必定存在—個(gè)速度的局部極值。就是說(shuō)，自然對(duì)流邊界層內(nèi)速度剖面呈單峰形態(tài)。溫度分布曲線與強(qiáng)迫流淌時(shí)相像，呈單調(diào)變更。HeatTransfer具有以下流態(tài)：層流：GrPr

<107；過(guò)渡區(qū)：GrPr

=107-1010

；旺盛紊流：GrPr

>1010

；

（GrPr）c

一般取109。HeatTransfer2、換熱特征在層流邊界層隨著厚度的增加，局部換熱系數(shù)將漸漸降低，當(dāng)邊界層內(nèi)層流向紊流轉(zhuǎn)變隊(duì)局部換熱系數(shù)hx趨于增大。探討表明，在常壁溫或常熱流邊界條件下當(dāng)達(dá)到旺盛紊流時(shí)，hx將保持不久而與壁的高度無(wú)關(guān)。HeatTransfer自然對(duì)流亦有層流和湍流之分。層流時(shí)，換熱熱阻主要取決于薄層的厚度。旺盛湍流時(shí)，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)幾乎是常量。HeatTransfer

從對(duì)流換熱微分方程組動(dòng)身，可得到自然對(duì)流換熱的準(zhǔn)則方程式：3、自然對(duì)流換熱的準(zhǔn)則方程式式中：格拉曉夫數(shù)是浮升力/粘滯力比值的一種量度。其值的增大表明浮升力作用的相對(duì)增大。瑞利數(shù)：留意各字母的含義及其取值，見(jiàn)教材！6-16HeatTransfer

在常熱流邊界條件下：3、自然對(duì)流換熱的準(zhǔn)則方程式6-17注：豎圓柱按下表與豎壁用同一個(gè)關(guān)聯(lián)式只限于以下?tīng)顩r：HeatTransferHeatTransferHeatTransfer*自?；F(xiàn)象：對(duì)于自然對(duì)流紊流，綻開(kāi)關(guān)聯(lián)式后，兩邊的定型尺寸可以消去，這表明自然對(duì)流紊流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與定型尺寸無(wú)關(guān)。HeatTransfer二、有限空間自然對(duì)流換熱這里僅探討如圖所示的豎的和水平的兩種封閉夾層的自然對(duì)流換熱，而且僅局限于氣體夾層。

封閉夾層示意圖HeatTransfer夾層內(nèi)流體的流淌，主要取決于以?shī)A層厚度為特征長(zhǎng)度的數(shù)：當(dāng)極低時(shí)換熱依靠純導(dǎo)熱：對(duì)于豎直夾層，當(dāng)對(duì)于水平夾層，當(dāng)

留意：與教材數(shù)據(jù)的不同！這里的數(shù)據(jù)僅供參考！HeatTransfer另：隨著的提高，會(huì)依次出現(xiàn)向?qū)恿魈卣鬟^(guò)渡的流淌（環(huán)流）、層流特征的流淌、湍流特征的流淌。對(duì)豎夾層，縱橫比對(duì)換熱有確定影響。HeatTransferHeatTransferHeatTransfer①對(duì)于豎空氣夾層，舉薦以下試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：補(bǔ)充：HeatTransfer②對(duì)于水平空氣夾層，舉薦以下關(guān)聯(lián)式：式中：定性溫度均為數(shù)中的特征長(zhǎng)度均為。HeatTransfer事實(shí)上，除了自然對(duì)流外，夾層中還有輻射換熱，此時(shí)通過(guò)夾層的換熱量應(yīng)是兩者之和。對(duì)豎空氣夾層，的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍：HeatTransfer三、自然對(duì)流與強(qiáng)制對(duì)流并存的混合對(duì)流在對(duì)流換熱中有時(shí)須要既考慮強(qiáng)制對(duì)流亦考慮自然對(duì)流考察浮升力與慣性力的比值:時(shí)，自然對(duì)流的影響不能忽視；一般認(rèn)為，HeatTransfer而時(shí)，強(qiáng)制對(duì)流的影響相對(duì)于自然對(duì)流可以忽略不計(jì)。

自然對(duì)流對(duì)總換熱量的影響低于10％的作為純強(qiáng)制對(duì)流；

強(qiáng)制對(duì)流對(duì)總換熱量的影響低于10％的作為純自然對(duì)流；這兩部分都不包括的中區(qū)域?yàn)榛旌蠈?duì)流。HeatTransfer本節(jié)小結(jié)：一