物体对流换热微分方程

发布网友发布时间：2022-04-21 09:13

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热心网友时间：2023-05-04 19:46

对流换热是指流体与固体表面的热量传输。对流换热是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。当流体作层流流动时，在垂直于流体流动方向上的热量传递，主要以热传导（亦有较弱的自然对流）的方式进行。对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式。例如：家用空调换热器铝翅片既有导热又和空气进行对流换热，由于在贴壁面处流体受到粘性的作用，没有相对于壁面的流动，称为壁面无滑移条件。因此，由壁面无滑移条件可知，在极薄的贴壁流体流层中，热量只能以导热的方式进行传递。将傅里叶定律用于贴壁面流体层可得

将牛顿冷却公式q=h△t与上式联立求解可得以下的换热微分方程：

上式表面，表面传热系数h的求解依赖于流体温度场的求解。为了简化分析，对于影响对流换热问题的主要因素，在推导时作下列简化假设：① 流体为连续介质；② 流动是二维的；③流体为不可压缩的牛顿流体；④流体物性为常数；⑤忽略耗散热。可以推导出如下的对流换热微分方程：

上式中左边第一项是非稳态项，表示温度随时间的变化率；第二项与第三项称为对流项，表示由于流动产生的热量传递；方程右边称为扩散项，表示由于流体导热产生的热量的传递。

热心网友时间：2023-05-04 19:46

对流换热是指流体与固体表面的热量传输。对流换热是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。当流体作层流流动时，在垂直于流体流动方向上的热量传递，主要以热传导（亦有较弱的自然对流）的方式进行。对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式。例如：家用空调换热器铝翅片既有导热又和空气进行对流换热，下图为铝翅片对流换热云图。

2特点编辑
(1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程。

(2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差。

3因素编辑
影响对流换热的因素是影响流动和影响流体中热量传递因素的综合作用。主要有以下五个方面。

（1）流体流动的起因

由于流动的起因不同，对流可以分为强制对流和自然对流换热两大类。两种流动的成因不同，流体中的速度场有差别，所以换热规律也不一样。

（2）流体有无相变

当流体没有相变时对流换热中的热量交换是由于流体的显热变化而实现的；而在有相变的换热过程（如沸腾或凝结），流体的相变潜热往往起着主要作用，因而换热规律与无相变时不同。

（3）流体的流动状态（单相流动）

层流时流体微团沿着主流方向作有规律的分层流动，而湍流时流体各部分之间发生强烈的混合，因而换热能力不同。

（4）流体的物性条件

流体的密度、动力黏度、导热率等不仅对流体的流动有影响，而且对流体中热量传递也有影响，因此流体的物理性质对流体换热有着很大的影响。

（5）换热表面的几何因素

这里的几何因素指换热面的形状、大小、换热表面与流体运动的相对方向及换热面的状态（光滑或粗糙）。

4传热系数编辑

也称换热系数。对流换热的强度依据牛顿冷却定律，其基本计算公式是：式中q为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量,称作热流密度； W、 f分别为固体表面和流体的温度；称为传热系数,它表示在单位面积的固体表面上，当流体与固体表面之间的温度差为1K时，每单位时间内所传递的热量。的大小反映对流换热的强弱,如上所述，它与影响换热过程的诸因素有关，并且可以在很大的范围内变化，所以牛顿公式只能看作是传热系数的一个定义式。它既没有揭示影响对流换热的诸因素与之间的内在联系,也没有给工程计算带来任何实质性的简化，只不过把问题的复杂性转移到传热系数的确定上去了。因此，在工程传热计算中，主要的任务是计算。计算传热系数的方法主要有实验求解法、数学分析解法和数值分析解法。