化工原理第四章第三節(jié)講稿

2021/7/5第四章傳熱一、對(duì)流傳熱的分析二、壁面和流體的對(duì)流傳熱速率三、熱邊界層第三節(jié)對(duì)流傳熱一、對(duì)流傳熱的分析流體沿固體壁面的流動(dòng)湍流主體2021/7/5滯流內(nèi)層流體分層運(yùn)動(dòng)，相鄰層間沒有流體的宏觀運(yùn)動(dòng)。在垂直于流動(dòng)方向上不存在熱對(duì)流，該方向上的熱傳遞僅為流體的熱傳導(dǎo)。該層中溫度差較大，即溫度梯度較大。緩沖層熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)作用大致相同，在該層內(nèi)溫度發(fā)生較緩慢的變化。溫度梯度很小，各處的溫度基本相同。對(duì)流傳熱是集對(duì)流和熱傳導(dǎo)于一體的綜合現(xiàn)象。對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在滯流內(nèi)層。減薄滯流內(nèi)層的厚度是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的主要途徑。2021/7/5二、壁面和流體間的對(duì)流傳熱速率1、對(duì)流傳熱速率表達(dá)式據(jù)傳遞過程速率的普遍關(guān)系，壁面和流體間的對(duì)流傳熱速率：對(duì)流傳熱速率=對(duì)流傳熱推動(dòng)力=系數(shù)·

推動(dòng)力對(duì)流傳熱阻力推動(dòng)力：壁面和流體間的溫度差阻力：影響因素很多，但與壁面的表面積成反比。對(duì)流傳熱速率方程可以表示為：adS2021/7/51dQ

=

T

-Tww=a

(T

-T

)dS——牛頓冷卻定律在換熱器中，局部對(duì)流傳熱系數(shù)α隨管長(zhǎng)而變化，但在工程計(jì)算中，常使用平均對(duì)流傳熱系數(shù)，此時(shí)牛頓冷卻定律可以表示為：Q

=aSDt2、對(duì)流傳熱系數(shù)Q2021/7/5對(duì)流傳熱系數(shù)a定義式：a

=SDt表示單位溫度差下，單位傳熱面積的對(duì)流傳熱速率。單位W/m2.k。反映了對(duì)流傳熱的快慢，對(duì)流傳熱系數(shù)大，則傳熱快。三、熱邊界層與換熱微分方程式2021/7/5熱邊界層（溫度邊界層）：壁面附近因換熱而使流體溫度發(fā)生了變化的區(qū)域。規(guī)定

Tw

-T

=

0.99(Tw

-T￥

)

處為熱邊界層的界限，熱邊界層的厚度常用dT

表示。溫度邊界層內(nèi)的溫度分布與流動(dòng)邊界層內(nèi)流體的流動(dòng)情況有關(guān)：在靠近壁的層流內(nèi)層中流動(dòng)為層流，熱量傳遞通過導(dǎo)熱進(jìn)行。溫度分布曲線的斜率大（溫度梯度大）。在緩沖層內(nèi)，由于對(duì)流傳熱的作用，溫度梯度變小。在湍流核心，質(zhì)點(diǎn)湍動(dòng)強(qiáng)烈，對(duì)流很快，溫度梯度更小。

2021/7/5

?n

n=0如果用

?T

表示貼壁處流體的溫度梯度，

?n

n=0則dQ

=-ldS

?T

與牛頓冷卻定律dQ

=adSDT聯(lián)立：

2021/7/5a

=

-

l

?T

DT

?n

n=0——理論上計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)表明：對(duì)一定的流體，當(dāng)流體與壁面的溫度差一定時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)之取決于緊靠壁面流體的溫度梯度。熱邊界層的厚薄，影響層內(nèi)溫度分布，因而影響溫度梯度。當(dāng)邊界層內(nèi)、外的溫