传热学传热学HeattransferHeattransfer张靖周能源与动力学院Chapter5SinglePhaseFluidConvectiveHeatTransfer第五章单相流体对流换热Lecture10FocusofThisLecture本讲要点�自然/强迫对流换热差异�自然对流换热相似特征数�有限空间自然对流换热�强化对流换热简介一、概述5-4自然对流换热5-4自然对流换热静止的流体，与不同温度的固体壁面相接触，热边界层内、外的密度差形成浮升力（或沉降力）TggffBΔ=−=βρρρ)(（1）自然对流的起因�固体壁面与流体的温差是自然对流的根本原因研讨问题1分类树与强迫对流换热过程相比，自然对流换热过程在边界层内的速度分布和温度分布有何特征？导致这种差异的机理？与强迫对流换热过程相比，描述自然对流换热过程的方程有何差异，相似特征数是什么？y以竖壁强迫对流和自然对流为例0=y0=uwTT=tyδδ或=∞=TT0=y0=uwTT=δ=y0=u∞=TT导致这种差异的机理:流动起因不同∞=uuy�速度边界层的厚度与热边界层的厚度相等（2）边界层的特征�速度边界层内速度分布在内部呈现峰值�在边界层边缘处，依然具有强迫对流边界层的特点0uy∂=∂0Ty∂=∂0py∂=∂y二、自然对流换热的数学描述(1)竖壁上自然对流换热边界层微分方程组0=∂∂+∂∂yxuυ22yuxpgyuxuu∂∂+∂∂−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂μρυρ22yTayTxTu∂∂=∂∂+∂∂υ在动量方程中，温度差诱导流动的作用机制?xy22yuxpgyuxuu∂∂+∂∂−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂μρυρ0=∂∂ypgdxdp∞−=ρ�注意到动量方程中的压力梯度项的特征0/=∂∂yp静止流体中的受力分析()22yugyuxuu∂∂+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂∞μρρυρxy)(xpdxdppdxxp+=+)(g∞ρ()22yugyuxuu∂∂+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂∞μρρυρ�假设：密度与温度保持线性关系体积膨胀系数：ppTTVVdTVdV⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂==ρρβ11)/(()TT−−=−∞∞ρβρρ()22yuTTgyuxuu∂∂+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂∞μβρυρxy�流体物性除浮升力项中的密度外均为常量——Boussinesq假设∞∞→→→→=ρρυδ,;0,0,TTuy()22yuTTgyuxuu∂∂+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂∞μβρυρ()22yuTTgyuxuu∂∂+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂∞νβυxy(2)描述自然对流换热的相似特征数引入无量纲参数-相似特征数推导的重要方法：,,,,00fwfTTTTuVuuUlyYlxX−−=Θ====υ参考速度并无明确定义！222202220,PrRe1Re1)(0YYluaYVXUYUulTTgYUVXUUYVXUYlhfwxwx∂Θ∂=∂Θ∂=...
