今日学习

学习内容：

除了些许热辐射知识，其余皆为热对流基础理论知识。

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热平衡状态下认为发射率与吸收率相等。

提高辐射本身温度看似也能强化辐射，但是从另一个角度上来说，辐射散热的主要目的是降低相关组件和元器件温度，因此提高辐射本身温度不予推荐。

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对流换热特点：流体与壁面直接接触。存在温差。同时存在导热和对流。近壁面存在速度梯度较大的边界层。

对流传热过程中热量传递的方式：换热量=换热系数×换热面积×温差

对流换热系数不是物性参数，而是过程参数，与对流换热过程密切相关。

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研究换热系数目的：

揭开对流换热系数的影响因素以及对相关物理量的内在关系及联系。

对对流换热系数进行计算。

研究强化对流换热的措施。

影响对流换热的因素：流动的起因，如在外部动力源上引起的强迫对流换热，如仅仅在流体内部的密度差所带的浮生力（自然对流）

流体有无相变：无相变热量交换取决于流体的显热变化。有相变包含了相变潜热。

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流动的状态：层流，湍流。

湍流将导致相互混杂。

换热表面的几何因素：

1.管内流动还是外部的流动

2.对流受热面向上布置还是向下布置

3.管道轴与流体方向垂直还是呈一定角度。

4.管道与流体方向空间的相对位置。

5.受热面本身粗糙度的影响。

流体的物理性质：密度，比热容，动力粘性，导热系数

结论：对流换热系数h取决于各种因素，是一个复杂的函数。

其他，相变潜热符号为r

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对流换热的分类，首先分为有无相变。

无相变分为自然对流换热和强迫对流换热，以及混合对流。而有相变分为沸腾换热和凝结换热。

强制对流换热有两种，一是内部流动，分为圆管内强制对流换热，另一种是其他形状截面管道内的对流换热。另一种是外部流动，如外掠单根圆管的对流换热，外掠平板的对流换热，外掠其他截面形状的对流换热和射流冲击换热。

沸腾换热分为大容器沸腾和管内沸腾。凝结换热分为管外凝结和管内凝结。

由于流动形态（层流或湍流）影响较大，每一种类型的对流换热均需要考虑其所处的流动状态。

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对流换热的研究方法：分析法，比拟法（第五章）基于相似理论的研究方法（第六章）数值计算方法（第七章）

对流换热的分析法：通过对流控制方程的边界条件和初始条件得到温度场和速度场。再通过牛顿冷却公式可以得到换热量和热流密度。

若通过边界层的微分方程，可以得到温度场和速度场的精确分析解。

若通过边界层的积分方程，可以得到温度场和速度场的近似解。

对流换热的比拟法：基于对流换热动量方程和能量方程的共性，通过流动的阻力系数计算对流换热系数。

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导热问题的分析方法：通过导热微分方程确定边界条件和初始条件得到温度场，再通过傅里叶定律得到热流量和热流密度。

对流换热的分析法：也是通过边界条件和初始条件得到温度场和速度场，再通过牛顿冷却公式得到热流量和热流密度。

导热系数是物性参数，而对流换热系数不是物性参数。

共性与实质，从求解到的温度场来求表面传热系数。

模型：取贴壁极薄速度为0的流动粘性底层为控制面应用能量守恒，对流换热量=贴壁流体薄层的导热量。建立对流换热系数与流体温度场的关联。

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列方程推导出换热系数的关系式。偏t比偏y的意思是贴壁流体层的温度梯度。

思考题：推导得到的关系式与导热第三类边界条件的异同。

对流传热问题的数学描述：

模型假设：

1.流体为连续介质，流动为二维

2.流体为不可压缩的牛顿流体

3.常物性，无内热源

4.忽略粘性耗散热

5.忽略辐射换热

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具有四个未知量，故需要四个方程。

基于质量守恒的连续方程

基于动量守恒的动力方程，X和Y两个方向各一个

基于能力守恒的能量方程。

首先来列出质量方程：基于质量守恒的连续守恒的连续方程：单位时间流入流出微元体的净质量＝微元体内流体质量的变化。

那几个方程再自行理解一下。

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可以推导得到基于质量守恒的连续方程。若简化为二维不可压缩稳态定常流动，就可以得到一个小公式。自行理解一下

接下来，是基于动量守恒的动量方程。（纳维斯托克斯方程）

作用在微元体上外力的总和＝微元体中流体动量的变化率（该表述不理解，自行再好好理解）加上牛顿第二定律（～～～）

两个式子都不理解的话就先争取了解一个式子吧。

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左项：速度对时间的偏导数：当地惯性力

速度对空间的偏导数：迁移惯性力

右项：

体积力 重力

压力对于空间的偏导数：压力梯度

最后一项：由于粘性所引起的动量变化

迁移惯性力除以粘性最终可以推导出雷诺数，虽然不知道为什么。

当地惯性力除以迁移惯性力可以得到斯特劳哈尔数，即流体非定常脉动的一个频率，虽然也不知道为什么。

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能量守恒方程依据热力学第一定律：

导出导入的净热量+热对流传递的净热量+内热源发热量=总能量的增量+对外膨胀功（图有公式）

假设无内热源，流体低速流动，流体不对外做功

单位时间导入导出的净热量，应该相当于将傅里叶定律扩展至二维的情形。

单位时间内热力学性能的增量，有点不理解，但感觉知道了它可以分成X方向和Y方向。

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焓的定义：质量×比热容×温度

方向热力学性能增加等于焓，即单位时间内增加的焓。

代入假设之后的热力学第一定律，最终可以得到二维，不可压缩，常物性，无内热源的能量方程。

流体温度对时间的偏导是非稳态项，表示了流体温度随时间的变化，若为稳态对流传热，此项为零。

对流项：表示了流体进出控制方程带走的净热量，包含流速U和V，所以对流换热问题与流速密切相关。

若流体静止，则其与导热微分方程一致。

推导不理解部分自行慢慢理解。

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扩散项：表示了流体通过导热进入控制体的净热量。表面对流换热一方面取决于流体宏观的位移，同时与固体壁面贴壁流体薄层的导热相关。

若扩散项除以非稳态项，将得到Fo

傅里叶数：非稳态过程的无量纲时间，表示了热量传递过程的深度。

二维，稳态，常物性，无内热源，不计重力，不可压缩的牛顿流体对流换热完整方程组。

四个未知量四个方程—方程组封闭。

确定定解条件即可求得分析解。