文章只是很肤浅的列一下传热学中的对流换热原理,由于自己只是一个本科生,能力有限,“写出”的东西还很肤浅,希望有大牛批评、指正。本文主要整理的是从数学、物理模型来解释对流换热的原理。
对流换热定义:流体和与之接触的固体壁面之间的热量传递过程,是宏观的热对流与微观的热传导的综合传热过程。(既有热传导,又有热对流)对流换热特点:
(1). 导热与热对流同时存在
(2). 流体与壁面直接接触(无滑移,无滑移对于稀薄空气不适用)
(3). 流体有宏观运动
( 4 ) . 有温差
对流换热的分类:
对流换热微分方程(二维、不可压缩、牛顿流体)
(1). 表面传热系数
(2). 微分方程(对流换热热流 = 壁面处导热热流)
将矛盾直接指向对流换热系数的求解。
一. 层流流动的微分方程组
1. 方程来源:
(1). 质量守恒(连续性方程)
(2). 能量守恒
(3). 动量守恒(N-S方程)
2. 连续性方程:(具体推导可参照流体力学)
对于二维、稳态、常物性:
3. 动量微分方程:(具体推导可参照流体力学)
x方向上:
y方向上:
稳态流动:
重力为唯一质量力:
4. 能量微分方程:
最终表达式:
当流体不流动时,流体流速为0, 热对流项为0,简化为导热微分方程。
5. 层流流动对流换热微分方程组
常物性、无内热源、二维、不可压缩、牛顿流体、重力为唯一质量力
6. 对流换热单值性条件:
(1). 对流换热完整数学描述:
对流换热微分方程组 + 单值性条件
(2). 单值性条件:
a. 几何条件:说明对流换热过程中的几何形状和大小,平板、圆管;竖直圆管、水平圆管;长度、直径等
b. 物理条件:说明对流换热过程物理特征,如:物性参数 l、r 、c 和h的数值,是否随温度 和压力变化;有无内热源、大小和分布
c. 时间条件:说明在时间上对流换热过程的特点,稳态对流换热过程不需要时间条件 — 与时间无关
d. 边界条件:说明对流换热过程的边界特点,边界条件可分为二类:第一类、第二类边界条件
1). 第一类边界条件:已知任一瞬间对流换热过程边界上的温度值
2). 第二类边