大空間內沿豎直壁面的自然對流換熱的邊界層速度分布與沿豎直壁面

時間 2021-08-31 09:47:25

1樓:啊啊丶啊丶

自然對流中由於不均勻溫度場造成不均勻密度場由此產生的浮公升力是運動的動力,貼壁處流體溫度等於壁溫,在離開壁面的方向上逐步降低,直至環境溫度。

溫度邊界層外緣在壁面附近流體溫度與環境溫度的溫度差為0的位置。速度邊界層則有中間大兩頭小的特點,在貼壁處由於流體粘性作用速度為0,在溫度邊界層外緣溫度不均勻作用消失,速度也等於0。所以理論上自然對流中溫度邊界層等於速度邊界層。

2樓:匿名使用者

大空間豎壁自然對流換熱,浮公升力是自然對流的動力,反映浮公升力與粘性力相對大小的gr數對自然對流起決定作用。gr數越大,自然對流換熱越強。而大空間豎壁強迫對流換熱,是慣性力與粘性力的作用下發生的,這就決定了自然對流邊界層內的速度分布與強迫對流不同:

自然對流的最大速度位於邊界層內部,並隨著pr的增大無量綱速度的最大值減小,並且位置向壁面移動。而強迫對流的最大速度是在主流區,即在邊界層以外的區域。強迫對流的邊界層內有較大的速度梯度,但速度較小。

對流換熱的熱邊界層

3樓:手機使用者

實驗觀察發現bai,在對流換

du熱條件下,主流

zhi與壁面之間存在溫度差dao。在壁面附近的專乙個薄屬層內,流體溫度在壁面的法線方向上發生劇烈的變化;而在此薄層之外,流體的溫度梯度幾乎等於零。因此,可以將邊界層概念推廣到溫度場中。

固體表面附近流體溫度發生劇烈變化的這一薄層稱為溫度邊界層(熱邊界層),其厚度記為δ。對於外掠平板的對流換熱,類似於速度邊界層得定義,傳熱學中一般也將達到來流過餘溫度99%的流層處,定義為δ的外邊界。除液態金屬及高粘性的流體外,熱邊界層的厚度δ在數量級上是個與運動邊界層厚度δ相當的小量。

於是對流換熱問題的溫度場也可以分為兩個區域:熱邊界區和主流區。在主流區,流體中溫度變化率可視為零,這樣就可把研究的熱量傳遞的區域集中到熱邊界層之內。

如何計算對流傳熱系數

4樓:demon陌

q = h*(tw-t∞)

q = h*a*(tw-t∞)=q*a

式中:q為單位面積的固體表面與流體之間在單位時間內交換的熱量,稱作熱流密度,單位w/m^2;

tw、t∞分別為固體表面和流體的溫度,單位k;

a為壁面面積,單位m^2;

q為面積a上的傳熱熱量,單位w;

h稱為表面對流傳熱系數,單位w/(m^2.k)。

對流換熱係數的大致量級(單位:w/(m2*k)):

空氣自然對流 5 ~ 25

氣體強制對流 20 ~ 100

水的自然對流 200 ~1000

水的強制對流 1000 ~ 15000

油類的強制對流 50 ~ 1500

水蒸氣的冷凝 5000 ~ 15000

有機蒸汽的冷凝 500 ~ 2000

水的沸騰 2500 ~ 25000

由流體內部各部分質點發生巨集觀運動而引起的熱量傳遞過程,只能發生在有流體流動的場合單位是w/(㎡*k),含義是對流換熱速率,反應了對流傳熱的快慢,對流傳熱系數越大,表示對流傳熱越快。對流傳熱系數分為區域性總傳熱系數和總傳熱系數,總傳熱系數總是接近於α小的流體的對流傳熱系數。

擴充套件資料:

表面傳熱系數符號為h,(α);q =h(ts-tr)。式中:ts是表面溫度;tr是表徵外部環境特性的參考溫度。

熱學的量。si單位:w/(m2·k) (瓦〔特〕每平方公尺開〔爾文〕)。

牛頓冷卻公式:流體被加熱時 q=h(tw-tf)

流體被冷卻時 q=h(tf-tw)

其中,tw及tf分別為壁面溫度和流體溫度,℃。如果把溫差(亦稱溫壓)記為δt,並約定永遠為正值,則牛頓冷卻公式可表示為:q=hδt

φ=haδt

其中q為熱流密度,單位是瓦/平公尺(w/㎡),φ為熱流,單位是瓦(w)。

獲得表面傳熱系數h的表示式的方法大致有四種:

1、分析法,對描寫某一類對流傳熱問題的偏微分方程及相應的定解條件進行數學求解,從而獲得速度場和溫度場的分析解的方法。

2、實驗法,在相似原理指導下進行實驗研究,是目前獲得表面傳熱系數的主要途徑。

3、比擬法,通過研究動量傳遞及熱量傳遞的共性或類似特性,以建立起表面傳熱系數與阻力係數間的相互關係的方法。

4、數值法,在求解導熱係數的基礎上,增加對流項的離散及動量方程中的壓力梯度項的數值處理,從而獲得表面傳熱系數的方法。

5樓:種花家的小公尺兔

牛頓指出,流體與固體壁面之間對流傳熱的熱流與它們的溫度差成正比,即:

q = h*(tw-t∞)

q = h*a*(tw-t∞)=q*a

式中:q為單位面積的固體表面與流體之間在單位時間內交換的熱量,稱作熱流密度,單位w/m^2;tw、t∞分別為固體表面和流體的溫度,單位k;a為壁面面積,單位m^2;q為單位時間內面積a上的傳熱熱量,單位w;h稱為表面對流傳熱系數,單位w/(m^2.k)。

牛頓冷卻公式中的比例係數,一般記做h,以前又常稱對流換熱係數,單位是w/(㎡*k),含義是對流換熱速率,在數值上等於單位溫度差下單位傳熱面積的對流傳熱速率。

牛頓冷卻公式:流體被加熱時 q=h(tw-tf)

流體被冷卻時 q=h(tf-tw)

其中,tw及tf分別為壁面溫度和流體溫度,℃。如果把溫差(亦稱溫壓)記為δt,並約定永遠為正值,則牛頓冷卻公式可表示為:q=hδtφ=haδt

其中q為熱流密度,單位是瓦/平公尺(w/㎡),φ為熱流,單位是瓦(w)。

6樓:o型血男孩

依靠流體微團的巨集觀運動而進行的熱量傳遞。這是熱量傳遞的三種基本方式之一。化工生產中處理的物料大部分是流體,流體的加熱和冷卻都包含對流傳熱。

在化工生產中,對流傳熱在習慣上專指流體與溫度不同於該流體的固體壁面直接接觸時相互之間的熱量傳遞。這實際上是對流傳熱和熱傳導兩種基本傳熱方式共同作用的傳熱過程。例如間壁式換熱器中的流體與間壁側面之間的熱量傳遞,反應器中固體物料或催化劑與流體之間的熱量傳遞,都是這樣的傳熱過程。

型別 按流體在傳熱過程中有無相態變化,對流傳熱分兩類:①無相變對流傳熱。流體在換熱過程中不發生蒸發、凝結等相的變化,如水的加熱或冷卻。

根據引起流體質點相對運動的原因,對流傳熱又分自然對流和強制對流。自然對流是由於流體內各部分密度不同而引起的流動(如散熱器旁熱空氣的向上流動);強制對流是流體在外力(如壓力)作用下產生的流動。強制對流時流體流速高,能加快熱量傳遞,因而工程上廣泛應用。

②有相變對流傳熱。流體在與壁面換熱過程中,本身發生了相態的變化。這一類對流傳熱包括冷凝傳熱和沸騰傳熱。

對流傳熱機理 流體的運動對傳熱過程有強烈影響。當邊界層中的流動完全處於層流狀態時,垂直於流動方向上的熱量傳遞雖然只能通過流體內部的導熱,但流體的流動造成了沿流動方向的溫度變化,使壁面處的溫度梯度增加,因而促進了傳熱。當邊界層中的流動是湍流時,壁面附近的流動結構包括湍流區、過渡區和層流底層。

湍流區垂直於流動方向上的熱量傳遞除了熱傳導外,主要依靠不同溫度的微團之間劇烈混合,即依靠對流傳熱。此傳遞機理與湍流區中的動量傳遞機理十分類似。垂直於流動方向上的熱量通量為:

式中εh稱渦流熱擴散係數(與流體的流動狀況有關);λ為熱導率;cp、ρ分別為流體的等壓比熱容和密度;dt/dy為垂直於流動方向的溫度變化率。由於εh一般比λ大得多,故湍流區的對流傳熱熱阻很小,所以此區的溫度下降也很小。在層流底層中熱量傳遞只能靠熱傳導。

由於流體的熱導率一般很小,所以即使該層很薄,仍是傳熱過程的主要熱阻,相應的溫度下降很大。過渡區的情況介於兩者之間,對流傳熱和熱傳導的作用都不能忽略(見圖)。

牛頓冷卻定律 關於流體與壁面之間的傳熱雖然可從求解能量方程得到溫度分布,然後計算熱量通量和熱流量;但在工程上常用簡化處理辦法,即將熱流量φ與有關物理量的關係經驗地表示為牛頓冷卻定律:

φ=αaδt

式中a為傳熱面積;δt為流體主體溫度(橫截面上的流體平均溫度)與壁面溫度之差;α為傳熱分係數,表示對流傳熱強度的乙個引數,其倒數可表徵對流傳熱的熱阻。通過實驗來測定φ和δt,而a為已知,即可由上式算出α,通常將實驗結果整理成關聯式,以供設計使用。

對流傳熱的強化 由牛頓冷卻定律可知,任何可提高傳熱分係數以及增大傳熱面積和溫度差的措施,都能提高熱流量。在工業生產中,物料溫度由工藝決定,加熱和冷卻介質的溫度又受技術和經濟上的限制,因之傳熱溫度差的增加通常是受限制的。在增大傳熱面積方面,可採用波紋板、翅片管、螺紋管、小直徑管等,藉以提高單位體積內的傳熱面積。

而提高對流傳熱分係數,是強化對流傳熱最基本的方法。無相變對流傳熱時,熱阻集中在層流底層,增強流體湍動或直接在層流底層中產生干擾,以減薄層流底層的厚度,是提高傳熱分係數的有效方法。提高對流傳熱分係數的措施包括增加壁面粗糙度,管內設定新增物(如插入螺旋圈片),氣流中加入固體細粒,利用噴嘴產生射流等。

有相變對流傳熱的機理與無相變的不同,需採取不同措施進行強化(見沸騰傳熱、冷凝傳熱)。

7樓:風兒lamp沙兒

對流傳熱系數也稱對流換熱係數。對流換熱係數的基本計算公式由牛頓於2023年提出,又稱牛頓冷卻定律。牛頓指出,流體與固體壁面之間對流傳熱的熱流與它們的溫度差成正比,即:

q = h*(tw-t∞)

q = h*a*(tw-t∞)=q*a

式中:q為單位面積的固體表面與流體之間在單位時間內交換的熱量,稱作熱流密度,單位w/m^2;

tw、t∞分別為固體表面和流體的溫度,單位k;

a為壁面面積,單位m^2;

q為面積a上的傳熱熱量,單位w;

h稱為表面對流傳熱系數,單位w/(m^2.k)。

對流換熱係數的大致量級(單位:w/(m2*k)):

空氣自然對流 5 ~ 25

氣體強制對流 20 ~ 100

水的自然對流 200 ~1000

水的強制對流 1000 ~ 15000

油類的強制對流 50 ~ 1500

水蒸氣的冷凝 5000 ~ 15000

有機蒸汽的冷凝 500 ~ 2000

水的沸騰 2500 ~ 25000

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