传热学传热学HeattransferHeattransfer张靖周能源与动力学院Chapter4TheoreticalFoundationofConvectiveHeatTransfer第四章对流换热的理论基础Lecture7FocusofThisLecture本讲要点�边界层特征及边界层方程�热/流动边界层相关性�边界层类比原理�外掠平壁对流换热�对流换热过程热量传递的机理q�加热表面的热量如何传递至贴壁流体层?�热量自贴壁流体层如何传递至内部流体层?ReviewReview)(,∞=-TThqwxxw�对流换热系数与流体温度场关系式根据对流换热机理：根据对流换热定义：[])K(mW2,xwwxyTTTh⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂−−=∞λqxwxwyTq,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂−=λ�对流换热过程控制方程组�质量守恒方程�动量守恒方程�能量守恒方程�牛顿型流体�不可压缩�无内热源�忽略黏性耗散二维问题⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂2222yTxTyTvxTuTcpλλτρ)())()22222222yvxvypFyvvxvuvyuxuxpFyuvxuuuyx∂∂+∂∂+∂∂−=∂∂+∂∂+∂∂∂∂+∂∂+∂∂−=∂∂+∂∂+∂∂μτρμτρ（（xu∂∂0=∂∂+yv对流换热系数的确定方法难点/对策合理简化边界层方程相似解积分近似解解析方法类比方法实验方法数值方法现象特征动量/能量方程的类似性类比关系准则关联式相似理论无量纲方程相似特征数实验…..准则关联式本讲4-3对流换热的边界层型微分方程组4-3对流换热的边界层型微分方程组物理过程的进一步研究，提出对流换热过程数学描述合理的简化一、问题的提出由于数学求解上的困难，只有对极少数情况能获得描写Navier-Stokes方程的分析解分析解法的突破？二、边界层概念（1）流动边界层flowboundarylayer1904年，德国科学家普朗特(1875-1953)创造性地提出流动边界层概念∞u)(yuu=定义：u/u∞=0.99处离壁的距离为边界层厚度特征：贴壁薄层例：空气外掠平板，u∞=10m/s：mm5.2200==mmxδ（2）热边界层thermalboundarylayer定义：θ/θ∞=0.99处离壁的距离为热边界层厚度当壁面与流体间有温差时，会产生温度梯度很大的温度边界层（热边界层）玻尔豪森(Pohlhausen)TwwTT−=θ�边界层内存在较大的速度/温度梯度δt—热边界层厚度δ—流动边界层厚度δ与δt不一定相等，其内在联系?Prandtlnumberaν=Pr普朗特数Pr�边界层外：u∞在y方向不变化，∂u/∂y=0yu∂∂=μτ�边界层内：速度梯度大，黏滞应力大黏滞应力为零—主流区边界层理论的基本思想流场可以划分为两个区边界层区：流体黏性作用显著主流区：视为无黏性理想流体边界层...
