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§1对流换热概述

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重点内容:

对流换热的分类、影响因素及研究方法。

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,其热流量计算式为牛顿冷却公式:

研究对流换热过程的主要任务就是确定对流换热系数h及其影响因素。

一、传热机理

由于流体粘滞力的作用,使流体在固体壁面上处于不流动的状态,所以使流体速度从壁面上的零速度值逐步变化到来流的速度值。通过固体壁面的热流也会在流体分子的作用下向流体扩散(热传导),并不断地被流体的流动而带到下游(热对流),因而对流换热过程热对流与导热的综合作用的结果。

二、研究方法

理论分析法:建立微分方程组并分析求解;建立积分方程组并分析求解。

实验研究方法:利用动量和热量类比理论;利用相似理论指导实验。

由于对流换热的复杂性,除少数简单的对流换热问题可以利用理论分析法求解外,大多数对流换热问题的理论分析是十分困难的。因此,在对流换热的研究中常常采用实验研究的方法来解决对流换热问题。

 

三、对流换热分类

由于流动起因的不同,对流换热分为强制对流换热与自然对流换热两大类;

粘性流体存在着层流及湍流两种不同的流态,对流换热分为层流对流换热与湍流对流换热两大类;

按照流体与固体壁面的接触方式,对流换热可分为内部流动换热和外部流动换热;

按照流体在换热中是否发生相变,对流换热可分为单相流体对流换热和相变对流换热;

由于换热表面的形状不同,同样可分为不同形状类型的对流换热。

一般对流换热现象的分类如图所示。

四、对流换热影响因素

由于对流换热过程是热对流与导热综合作用的结果,所以对流换热影响因素应 所有影响热对流和导热基本方式的因素

1、流动的起因和流态:h受迫>h自然;h层流<h紊流

2、流体的种类及物理性质:影响对流换热的热物性是λ(a)、ρ、cp、ν(μ)、α(容积膨胀系数)等等。

由于流体内各处温度并不相等,以至各处的物性数值也不系统,为处理方便起见,一般引入定性温度,将热物性作为常数处理。

3、换热表面的几何形状和尺寸

引入定型尺寸来描述换热表面的几何因素。

4、流体有无相变:h单相<h相变

综上所述,可写出如下函数式:

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