清华传热学课件

§5-5利用流动阻力的实验（或理论）数据解决对流换热

经过数学家、物理学家和湍流多年来坚韧不拔的测量技术的进展，给湍流研究注入了新的，带来层流运动：流体质点的运动轨迹光滑而有规则；各部Reynolds(雷诺)的圆管实验（1883）——层流流动——湍流流动OsborneReynolds(雷诺生 他父亲是大学学 于平均速度u（时均值）与瞬时脉动速度u’（脉动值）之和uuu'vv——非稳态湍流u' v'u'2 v'2 u'v'

tt’——温度的瞬时脉动 t'AAB

影响，a-a面上部的时均速度u’量为v’a-a面流体将起滞迟作AB-v’uAB-v’u’湍流粘滞应力t，雷湍流粘滞应力t，雷诺应t u tu'v'

m

m2m湍流粘度（或称湍流动量扩散系数）ABABtu'v'

m

Nm—湍流粘度（或称湍流 量扩散系数） 由于速度、温度脉动引起的湍流热t’湍流脉动传递的热量为qtcpv'tqtcpv't'

h

m2h湍流导温系数（湍流热扩散系数 湍流粘滞应力（雷诺应力tu'v'

m

Nm—湍流粘度（或称湍流动量扩散系数）qcv't'c

m2 hh湍流导温系数（湍流热扩散系数湍流粘滞应力（雷诺应力）tu'v'

m湍流脉动传递热量的时均值：qcv't'c 2

hh湍流导温系数（湍流热扩散系数）[mPrm ——湍 hPrm

——湍 h um

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qtcpv't'cp m

hh湍流导温系数（湍流热扩散系数尽管如此，世界各科学大国的仍将湍流的研究列混沌理论（ChaosTheory）：在最近十年内，在数 二方程模型：涡粘性模型、kE代数应力模型：kA献；1954方程k湍流动能（湍流脉动动能ctctpqtca u pctp t

l

Pr

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h t m pm

当Pr=1时：q

当Pr=1时

l p pl——雷诺一层结构湍流模型当Pr=1时：q

l当Pr=1时l

p

p——雷诺一层结构湍流模型层湍流层构成（这种假设或模型非常近似）p式q p

qwduc p u t

wdu c

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t twu

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t u h

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t

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t uwf Cwf

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ul

ul

cpu St

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cpu

C2 StC NuC Re x x

Cf,cpu St 2

St

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StC2

St

Cf 2StPr23C2

Pr2

Cf,x2x

NuCf RePr12

Nu

Cf,2

RePr1x twt x 了把湍流边界层视为由粘性底层和湍流区组成湍流区组成的所谓三层结构湍流模型湍流边界层动量方程与能量方程的类似 uuvu u1

t

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hh湍流导温系数（湍流热扩散系数引入下列无量纲Xx; Yy;Uu;Vv; Θttw tftwUUVU 1mU

ul

YUΘVΘ a1PrmΘ ulY PrY

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NuCf RePr12

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Cf,2

RePr1x twt x 了把湍流边界层视为由粘性底层和湍流区组成湍流区组成的所谓三层结构湍流模型 0.0592Re1f, (5 Re107Nu 0.0296 x4 1xx Pr2x

Cf,x2x

0.0296Re1h1

c dxc

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0.0592Re1 (