上海交通大学：《传热学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 对流换热

3能量守恒方程 微元体(见图)的能量守恒 —描述流体温度场 导入与导出的净热量]+[热对流传递的净热量]+ [内热源发热量]〓[总能量的增量]+[对外作膨胀功 Q=△E+W Q—导热十Q对流+C内热源 △E一AU热力学能+△UkK(动能) W一体积力(重力作的功、表面力作的功 假设:(1)流体的热物性均为常量,流体不做功。→W=0 2)流体不可压缩 (3)一般工程问题流速低 △Uk=0、c=0 (4)无化学反应等内热源 内热源=0 第五章对流换热 21

第五章 对流换热 21 3 能量守恒方程 微元体（见图）的能量守恒： ——描述流体温度场 [导入与导出的净热量] + [热对流传递的净热量] + [内热源发热量] = [总能量的增量] + [对外作膨胀功] Q = E + W Q — Q 导热 + Q 对流 + Q 内热源 E — U 热力学能 + UK（动能） W — 体积力(重力)作的功、表面力作的功 假设：（1）流体的热物性均为常量，流体不做功 （2）流体不可压缩 （4）无化学反应等内热源 UK=0、=0 Q内热源=0 （3）一般工程问题流速低 W＝0

Q导热+Q对流=△热力学能 02t 02t Q导热=42xdhy计+, dxdy 单位时间内、沿ⅹ方向热对流传递到微元体的净热量: Ox-Ox+dx=0x-0x+xdx oex dx=-pcp Ox O( Ox 单位时间内、沿y方向热对流传递到微元体的净热量: a○cpoy (v) dydx av 第五章对流换热 22

第五章 对流换热 22 Q导热 + Q对流 = U热力学能 dxdy t dxdy x t Q 2 2 2 2 y    导热 =  ＋ 单位时间内、 沿 x 方向热对流传递到微元体的净热量： dxdy x u t d x c x Q d x x Q Q Q Q Q p x x x x d x x x   = −   = −           − + = − + ( ) " " " " " "  单位时间内、 沿 y 方向热对流传递到微元体的净热量： dydx y v t d y c y Q d y y Q Q Q Q Q p y y y y d y y y   = −   = −           − + = − + ( ) " " " " " " 

Q热=202db+ d(ut) dxdy-p Q对流=一 pep Ox a(v atat au av pcpu+vo+t +to dxdy at at pcplus+v3- dxdy x at ∠1U 能量守恒方程 pc aray a at at atat at 1 2 ax Oy aT P 第五章对流换热 23

第五章 对流换热 23 dxdy y t v x t c u dxdy y v t x u t y t v x t c u dxdy y v t dxdy c x ut Q c p p p p         +   = −         +   +   +   = −   −   = −     ( ) ( ) 对 流 dxdy t dxdy x t Q 2 2 2 2 y    导热 =  ＋      =  p t U c dxdy d      +   +   =          t y t v x t u t x t cp 2 2 2 2 y ＋ 能量守恒方程

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) au av 0 Ox a-u au x1、d (x-+--+y-)=F OX av a 0-y +l-+1 7( at at at a-t l-+1 +2 2 第五章对流换热

第五章 对流换热 24 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)           +   =          +   +   2 2 2 2 y t x t y t v x t u t c p     ) ( ) ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 y v x v y p F y v v x v u v y u x u x p F y u v x u u u y x   +   +   = −   +   +     +   +   = −   +   +         （ （ x u   = 0   + y v

4个方程,4个未知量一可求得速度场(u)和 温度场(t)以及压力场(p),既适用于层流,也适用 于紊流(瞬时值) 前面4个方程求出温度场之后,可以利用牛顿冷却 微分方程: n at h 计算当地对流换热系数hx 第五章对流换热 25

第五章 对流换热 25 w x x y t t h ,            = −  前面4个方程求出温度场之后，可以利用牛顿冷却 微分方程： 计算当地对流换热系数 hx 4个方程，4个未知量 —— 可求得速度场(u,v)和 温度场(t)以及压力场(p), 既适用于层流，也适用 于紊流（瞬时值）