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今日学习

今日学习

作者: 追光一星 | 来源:发表于2021-10-02 18:41 被阅读0次

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。

1

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。

2

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。

3

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

4

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

5

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。

6

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。

7

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。

8

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

9

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。

10

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。

11

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。

12

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。

13

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。

14

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。

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