第十章自然对流.pptx

第十章自然对流第十章自然对流自然对流自然对流要点要点新术语新术语Volumetric thermal expansion coefficient 体积膨胀系数体积膨胀系数Grashof number 格拉晓夫数格拉晓夫数Rayleigh number 瑞利数瑞利数浮力就是自然对流得驱动力浮力就是自然对流得驱动力Buoyancy重点重点:大空间垂直平壁上得层流自然对流大空间垂直平壁上得层流自然对流Nu关联式关联式自然对流得边界层自然对流得边界层浮力浮力流体流体 密度差密度差体积力体积力:重力重力,科里奥利力科里奥利力 温差温差密度差密度差浮升力浮升力自然对流自然对流自然对流换热自然对流换热自由发展边界层自由发展边界层热管道热管道,热导线等热导线等大空间竖直平壁上得自然对流换热大空间竖直平壁上得自然对流换热u(x,y)ygxvu层流层流,湍流湍流?层层流流:热热阻阻主主要要取取决决于于边边界层厚度界层厚度,hx逐渐减小逐渐减小湍湍流流:局局部部对对流流换换热热系系数数hx为常数为常数自然对流换热得方程组自然对流换热得方程组X-动量方程动量方程、已知已知,因此因此浮力浮力9大家应该也有点累了，稍作休息大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流定义定义,体胀系数体胀系数、密度差就是由于温差带来得密度差就是由于温差带来得,定义定义动量方程可写为动量方程可写为连续性方程与能量方程不变连续性方程与能量方程不变:速度场与温度场强烈耦合速度场与温度场强烈耦合,必须同时求解必须同时求解无量纲化无量纲化定义定义Gr数数,动量方程动量方程自然对流里得自然对流里得Gr数类比于强迫对流里得数类比于强迫对流里得Re数数Gr数得物理意义数得物理意义:浮力与粘性力得比值浮力与粘性力得比值Gr 数越大数越大,自然对流越强烈自然对流越强烈flow强迫对流强迫对流自然对流自然对流 瑞利数Ra:自然对流换热可分成大空间和有限空间两类。自然对流换热可分成大空间和有限空间两类。大大空空间间自自然然对对流流:流流体体得得冷冷却却和和加加热热过过程程互互不不影影响响,边边界层不受干扰。界层不受干扰。如图两个热竖壁。底部封闭如图两个热竖壁。底部封闭,只要只要底底部部开开口口时时,只只要要 壁壁面面换换热热就就可可按按大大空空间间自自然对流处理。然对流处理。(大空间得相对性大空间得相对性)u(x,y)ygxvu竖直平壁上得自然对流换热竖直平壁上得自然对流换热,常壁温常壁温y :u=0,t=t y 0 :u=0,t=tw竖直圆柱竖直圆柱:对常热流情况对常热流情况,q=constant,如何计算如何计算Nu?采用平壁中心得温度采用平壁中心得温度tl/2作为作为Gr数和牛顿冷却公式中得特征数和牛顿冷却公式中得特征温度温度,针对常壁温条件得经验关联式针对常壁温条件得经验关联式,如如 Eq、(10-77),也可用于也可用于常热流得边界条件常热流得边界条件 或或,利用针对常热流得经验关联式利用针对常热流得经验关联式:(10-79)to(10-87)自然对流与强制对流并存得混合对流自然对流与强制对流并存得混合对流在对流换热中有时需要既考虑强制对流亦考虑自然对流在对流换热中有时需要既考虑强制对流亦考虑自然对流考察浮升力与惯性力得比值考察浮升力与惯性力得比值 一般认为一般认为,时时,自然对流得影响不能忽略自然对流得影响不能忽略,而而 时时,强制对流得影响相对于自然对流可以强制对流得影响相对于自然对流可以 忽略不计。忽略不计。自然对流对总换热量得影响低于自然对流对总换热量得影响低于1010得作为纯强制对流得作为纯强制对流;强制对流对总换热量得影响低于强制对流对总换热量得影响低于1010得作为纯自然对流得作为纯自然对流;这两部分都不包括得中区域为混合对流。这两部分都不包括得中区域为混合对流。上图为流动分区图。其中上图为流动分区图。其中 数根据管内径数根据管内径及及 计算。定性温度为计算。定性温度为