传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料

对流换热应用背景介绍工程上流体流过一个物体的表面的时的热量传递过程，叫做对流换热。工程上利用这种换热方式来实现许多装置的热交换问题。

自然界中的种种对流现象强制对流与自然对流电子器件冷却沸腾换热原理空调蒸发器、冷凝器动物的身体散热对流换热应用背景介绍自然界中的种种对流现象强制对流与自然对流1§5-1对流传热概说自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。到目前为止，对流换热问题的研究还很不充分。(a)某些方面还处在积累实验数据的阶段；(b)某些方面研究比较详细，但由于数学上的困难；使得在工程上可应用的公式大多数还是经验公式（实验结果）§5-1对流传热概说自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂2牛顿公式只是对流换热系数的一个定义式，它并没有揭示与影响它的各物理量间的内在关系，研究对流换热的任务就是要揭示这种内在的联系，确定计算表面换热系数的表达式。牛顿公式只是对流换热系数的一个定义式，它并没有揭示3对流传热系数大致数值范围对流传热系数大致数值范围41对流换热的定义和性质对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的热量传递现象。●对流换热实例：1)暖气管道;2)电子器件冷却；3)电风扇●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1对流换热的定义和性质对流换热是指流体流经固体时流体与固5(1)流体的宏观运动+微观的导热，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)由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层对流换热的机理与通过紧靠换热面的薄膜层的热传导有关。

2对流换热的特点(1)流体的宏观运动+微观的导热，导热与热对流同时存在的63对流换热的基本计算式牛顿冷却式:3对流换热的基本计算式牛顿冷却式:74表面传热系数（对流换热系数）——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题4表面传热系数（对流换热系数）——当流体与壁面温度8

（1）分析法（2）实验法（3）比拟法（4）数值法研究对流换热的方法：研究对流换热的方法：95影响对流换热系数的因素有以下5方面流体流动的起因流体有无相变流体的流动状态换热表面的几何因素流体的物理性质5影响对流换热系数的因素有以下5方面106对流换热的分类：(1)流动起因自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动6对流换热的分类：(1)流动起因自然对流：流体因各部分温11传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料12(2)流动状态层流：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流：流体质点做复杂无规则的运动（紊流）（Laminarflow）（Turbulentflow）层流过渡流（旺盛）湍流

(2)流动状态层流：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流：流体13(3)流体有无相变单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等（Singlephaseheattransfer）（Phasechange）（Condensation）（Boiling）(4)换热表面的几何因素：内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束(3)流体有无相变单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝14(5)流体的热物理性质：热导率密度比热容动力粘度运动粘度体胀系数(5)流体的热物理性质：热导率密度比热容动力粘度运动粘度体15传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料16综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：17沸腾换热管内沸腾珠状凝结相变对流换热大容器沸腾膜状凝结凝结换热对流换热单相对流换热相变对流换热对流换热分类小结沸腾换热管内沸腾珠状凝结相变对流换热大容器沸腾膜状凝结凝结换18管内强制对流换热流体横掠管外强制对流换热流体纵掠平板强制对流换热单相对流换热自然对流混合对流强制对流大空间自然对流层流紊流有限空间自然对流层流紊流管内强制对流换热单相对流换热自然对流混合对流强制对流大空间自197对流传热过程微分方程式当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在贴壁处被滞止，处于无滑移状态（即：y=0,u=0）在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递根据傅里叶定律：为贴壁处壁面法线方向上的流体温度变化率为流体的导热系数7对流传热过程微分方程式当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性20传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料21传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料22h

取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度将牛顿冷却公式与上式联立，即可得到对流换热过程微分方程式h取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度将牛23温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况（层流或紊流）、流速的大小及其分布、表面粗糙度等温度场取决于流场速度场和温度场由对流换热微分方程组确定：质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况（层流或紊流）、流24§5-2对流传热问题的数学描写为便于分析，推导时作下列假设：流动是二维的流体为不可压缩的牛顿型流体流体物性为常数、无内热源；粘性耗散产生的耗散热可以忽略不计§5-2对流传热问题的数学描写为便于分析，推导时作下列假设251质量守恒方程(连续性方程)流体的连续流动遵循质量守恒规律从流场中(x,y)处取出边长为dx、dy的微元体（z方向为单位长度），如图所示，质量流量为M[kg/s]1质量守恒方程(连续性方程)流体的连续流动遵循质量守恒规26分别写出微元体各方向的质量流量分量：X方向：单位时间内、沿x轴方向流入微元体的净质量：分别写出微元体各方向的质量流量分量：X方向：单位时间内、沿x27同理，单位时间内、沿y轴方向流入微元体的净质量：单位时间内微元体内流体质量的变化:同理，单位时间内、沿y轴方向流入微元体的净质量：单位时间28微元体内流体质量守恒(单位时间内)：流入微元体的净质量=微元体内流体质量的变化对于二维、稳态流动、密度为常数时：即：连续性方程微元体内流体质量守恒(单位时间内)：流入微元体的净质量=292动量守恒方程动量微分方程式描述流体速度场，可以从微元体的动量守恒分析中建立牛顿第二运动定律:

作用在微元体上各外力的总和等于控制体中流体动量的变化率作用力=质量加速度（F=ma）作用力：体积力、表面力体积力:

重力、离心力、电磁力表面力:

由粘性引起的切向应力及法向应力，压力等2动量守恒方程动量微分方程式描述流体速度场，可以从微元体的30动量微分方程—Navier-Stokes方程（N-S方程）(1)—惯性项（ma）；(2)—体积力；(3)—压强梯度；(4)—粘滞力。动量微分方程(1)—惯性项（ma）；(2)—体积力；(3)31对于稳态流动：只有重力场时：对于稳态流动：只有重力场时：323能量守恒方程导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体内能的增量3能量守恒方程导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体331、导热引起的净热量2、热对流引起的净热量X方向热对流带入微元体的焓1、导热引起的净热量2、热对流引起的净热量X方向热对流带入微34X方向热对流带出微元体的焓是常量，提到微分号外边，变为X方向热对流带出微元体的焓是常量，提到微分号外边，变为35X方向热对流引起的净热量y方向热对流引起的净热量X方向热对流引起的净热量y方向热对流引起的净热量36热对流引起的净热量连续性方程热对流引起的净热量连续性方程37热对流引起的净热量简化为微元体内能增量热对流引起的净热量简化为微元体内能增量38导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体内能的增量整理得二维、常物性、无内热源的能量微分方程导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体内能的增量整理得二39非稳态项对流项扩散项非稳态项对流项扩散项40动量守恒方程能量守恒方程对于不可压缩、常物性、无内热源的二维问题，微分方程组为：质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程对于不可压缩、常物性、无内热源的41前面4个方程求出温度场之后，可以利用牛顿冷却微分方程：计算当地对流换热系数4个方程，4个未知量——可求得速度场(u,v)和温度场(t)以及压力场(p),既适用于层流，也适用于紊流（瞬时值）前面4个方程求出温度场之后，可以利用牛顿冷却微分方程：计算当42一.

流动边界层§5-3边界层型对流传热问题的数学描写(1)利用它可以简化方程.(2)定性分析传热过程边界层的作用：一.流动边界层§5-3边界层型对流传热问题的数学描写(1431.物理现象当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在贴附于壁面的流体速度实际上等于零，在流体力学中称为贴壁处的无滑移边界条件。

实验测定若用仪器测出壁面法向（向）的速度分布，如上图所示。在处，；此后随，。经过一个薄层后接近主流速度。1.物理现象当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作44靠近壁面处流体速度发生显著变化的这一薄层称为流动边界层（速度边界层），通常规定：（主流速度）处的距离为流动边界层厚度，记为。3.定义靠近壁面处流体速度发生显著变化的这一薄层称为流动45(1)有层流(laminarflow),紊流(turbulentflow)之分.分界点Rec=3X105~3X106,一般可取Rec=5X105在湍流区,贴壁面还有一极薄的层流底层（粘性底层）(2)=(x)x(x)

(3)(x)<<x(L)<<L

(4)流场分为:主流区(undisturbedflowregime)(potential)边界层区(boundaryregime)4.边界层的特点4.边界层的特点465.物理意义在这样薄的一层流体内，其速度梯度是很大的。在的薄层中，气流速度从变到，其法向平均变化率高达。5.物理意义在这样薄的一层流体内，其速度梯度是很大的47根据牛顿粘性定律，流体的剪应力与垂直运动方向的速度梯度成正比，即：式中：——向的粘滞剪应力；——动力粘度。根据牛顿粘性定律，流体的剪应力与垂直运动方向的速48假如流体的温度为t∞(t∞≠tw),将有热量传递。定义:在壁面附近温度发生显著变化的薄层.热边界层的厚度:过余温度=t-tw=0.99(t-tw)至壁面的距离t边界层的特点:与流动边界层相同二、热边界层(温度边界层thermalboundarylayer)假如流体的温度为t∞(t∞≠tw),将有热量传49二、边界层微分方程组牛顿流体(Newtonianfluid),常物性,无内热源,耗散不计,稳态,二维,略去重力.数量级分析已知：u，t，l的量级为0(1)

，t的量级为0(）二、边界层微分方程组牛顿流体(Newtonianfluid50以此五个量为分析基础。故故的平均值为故由连续性方程则故以此五个量为分析基础。故故的平均值为故由连续性方程则故51这样可以对微分方程组进行简化(数量级一致）x方向的动量扩散可以忽略这样可以对微分方程组进行简化(数量级一致）x方向的动量扩散可52x方向的导热可以忽略，最后得到x方向的导热可以忽略，最后得到53其中dp/dx是已知量，可由主流区理想流体的Bernoulli方程确定（忽略重力或平面流动）边界条件：其中dp/dx是已知量，可由主流区理想流体的Bernoull541.流体外掠等温平板传热的层流分析解(1)流体以速度流进平板前缘后，边界层逐渐增厚，但在某一距离以前会保持层流。(2)但是随着边界层厚度的增加，必然导致壁面粘滞力对边界层外缘影响的减弱。自处起，层流向湍流过渡（过渡区），进而达到旺盛湍流，故称湍流边界层。§5-4流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论1.流体外掠等温平板传热的层流分析解(1)流体以速度55

(3)湍流边界层包括湍流核心、缓冲层、层流底层。在层流底层中具有较大的速度梯度。(3)湍流边界层包括湍流核心、缓冲层、层流底层。56二维、稳态、无内热源的边界层换热微分方程组连续性方程动量守恒方程能量守恒方程二维、稳态、无内热源的边界层换热微分方程组连续性方程动量守恒57上述方程的定解条件：对于平板，分析求解上述方程组（此时)可得局部表面传热系数的表达式（层流范围）特征数方程或准则方程上述方程的定解条件：对于平板，分析求解上述方程组（此时58离开前缘x处边界层的厚度：范宁局部摩擦系数：流动边界层与热边界层厚度之比：平均努塞尔数离开前缘x处边界层的厚度：范宁局部摩擦系数：流动边界层与热边59计算时，注意五点：aPr1；b，两对变量的差别；cx与l的选取或计算；de定性温度：计算时，注意五点：60传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料61式中：努塞尔(Nusselt)数雷诺(Reynolds)数普朗特数注意：特征尺度为当地坐标x一定要注意上面准则方程的适用条件：外掠等温平板、无内热源、层流式中：努塞尔(Nusselt)数雷诺(Reynolds)数普62对于外掠平板的层流流动:此时动量方程与能量方程的形式完全一致:2.普朗特数的物理意义对于外掠平板的层流流动:此时动量方程与能量方程的形式完全一致63运动粘度,粘性扩散的能力热扩散率,热扩散的能力粘性扩散=热扩散常见流体：Pr=0.6~4000空气：Pr=0.6~1液态金属较小：Pr=0.01-0.001数量级 粘性扩散>热扩散粘性扩散<热扩散运动粘度,粘性扩散的能力热扩散率,热扩散的能力粘性扩散=热扩64表明：此情况下动量传递与热量传递规律相似特别地：对于=a的流体（Pr=1），速度场与无量纲温度场将完全相似，这时Pr的另一层物理意义：表示流动边界层和温度边界层的厚度相同表明：此情况下动量传递与热量传递规律相似特别地：对于=65例5-1压力为大气压的20℃的空气，纵向流过一块长400mm，温度为40℃的平板，流速为10m/s，求；离板前缘50mm,100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，400mm处的流动边界层和热边界层的厚度。解：空气的物性参数按板表面温度和空气温度的平均值30℃确定。30℃时空气的=16×10-6m2/s,Pr=0.701对长为400mm的平板而言：这一Re数位于层流到湍流的过渡范围内。但由图5-9可见，按层流处理仍是允许的，其流动边界层的厚度为：例5-1压力为大气压的20℃的空气，纵向流过一块长40066热边界层的厚度及t

计算结果示于图5-11热边界层的厚度及t计算结果示于图5-1167谢谢！供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)谢谢！供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸68供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉69对流换热应用背景介绍工程上流体流过一个物体的表面的时的热量传递过程，叫做对流换热。工程上利用这种换热方式来实现许多装置的热交换问题。

自然界中的种种对流现象强制对流与自然对流电子器件冷却沸腾换热原理空调蒸发器、冷凝器动物的身体散热对流换热应用背景介绍自然界中的种种对流现象强制对流与自然对流70§5-1对流传热概说自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。到目前为止，对流换热问题的研究还很不充分。(a)某些方面还处在积累实验数据的阶段；(b)某些方面研究比较详细，但由于数学上的困难；使得在工程上可应用的公式大多数还是经验公式（实验结果）§5-1对流传热概说自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂71牛顿公式只是对流换热系数的一个定义式，它并没有揭示与影响它的各物理量间的内在关系，研究对流换热的任务就是要揭示这种内在的联系，确定计算表面换热系数的表达式。牛顿公式只是对流换热系数的一个定义式，它并没有揭示72对流传热系数大致数值范围对流传热系数大致数值范围731对流换热的定义和性质对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的热量传递现象。●对流换热实例：1)暖气管道;2)电子器件冷却；3)电风扇●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1对流换热的定义和性质对流换热是指流体流经固体时流体与固74(1)流体的宏观运动+微观的导热，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)由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层对流换热的机理与通过紧靠换热面的薄膜层的热传导有关。

2对流换热的特点(1)流体的宏观运动+微观的导热，导热与热对流同时存在的753对流换热的基本计算式牛顿冷却式:3对流换热的基本计算式牛顿冷却式:764表面传热系数（对流换热系数）——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题4表面传热系数（对流换热系数）——当流体与壁面温度77

（1）分析法（2）实验法（3）比拟法（4）数值法研究对流换热的方法：研究对流换热的方法：785影响对流换热系数的因素有以下5方面流体流动的起因流体有无相变流体的流动状态换热表面的几何因素流体的物理性质5影响对流换热系数的因素有以下5方面796对流换热的分类：(1)流动起因自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动6对流换热的分类：(1)流动起因自然对流：流体因各部分温80传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料81(2)流动状态层流：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流：流体质点做复杂无规则的运动（紊流）（Laminarflow）（Turbulentflow）层流过渡流（旺盛）湍流

(2)流动状态层流：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流：流体82(3)流体有无相变单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等（Singlephaseheattransfer）（Phasechange）（Condensation）（Boiling）(4)换热表面的几何因素：内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束(3)流体有无相变单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝83(5)流体的热物理性质：热导率密度比热容动力粘度运动粘度体胀系数(5)流体的热物理性质：热导率密度比热容动力粘度运动粘度体84传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料85综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：86沸腾换热管内沸腾珠状凝结相变对流换热大容器沸腾膜状凝结凝结换热对流换热单相对流换热相变对流换热对流换热分类小结沸腾换热管内沸腾珠状凝结相变对流换热大容器沸腾膜状凝结凝结换87管内强制对流换热流体横掠管外强制对流换热流体纵掠平板强制对流换热单相对流换热自然对流混合对流强制对流大空间自然对流层流紊流有限空间自然对流层流紊流管内强制对流换热单相对流换热自然对流混合对流强制对流大空间自887对流传热过程微分方程式当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在贴壁处被滞止，处于无滑移状态（即：y=0,u=0）在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递根据傅里叶定律：为贴壁处壁面法线方向上的流体温度变化率为流体的导热系数7对流传热过程微分方程式当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性89传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料90传热学课件-第五章-对流传热的理论基础-资料91h

取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度将牛顿冷却公式与上式联立，即可得到对流换热过程微分方程式h取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度将牛92温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况（层流或紊流）、流速的大小及其分布、表面粗糙度等温度场取决于流场速度场和温度场由对流换热微分方程组确定：质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况（层流或紊流）、流93§5-2对流传热问题的数学描写为便于分析，推导时作下列假设：流动是二维的流体为不可压缩的牛顿型流体流体物性为常数、无内热源；粘性耗散产生的耗散热可以忽略不计§5-2对流传热问题的数学描写为便于分析，推导时作下列假设941质量守恒方程(连续性方程)流体的连续流动遵循质量守恒规律从流场中(x,y)处取出边长为dx、dy的微元体（z方向为单位长度），如图所示，质量流量为M[kg/s]1质量守恒方程(连续性方程)流体的连续流动遵循质量守恒规95分别写出微元体各方向的质量流量分量：X方向：单位时间内、沿x轴方向流入微元体的净质量：分别写出微元体各方向的质量流量分量：X方向：单位时间内、沿x96同理，单位时间内、沿y轴方向流入微元体的净质量：单位时间内微元体内流体质量的变化:同理，单位时间内、沿y轴方向流入微元体的净质量：单位时间97微元体内流体质量守恒(单位时间内)：流入微元体的净质量=微元体内流体质量的变化对于二维、稳态流动、密度为常数时：即：连续性方程微元体内流体质量守恒(单位时间内)：流入微元体的净质量=982动量守恒方程动量微分方程式描述流体速度场，可以从微元体的动量守恒分析中建立牛顿第二运动定律:

作用在微元体上各外力的总和等于控制体中流体动量的变化率作用力=质量加速度（F=ma）作用力：体积力、表面力体积力:

重力、离心力、电磁力表面力:

由粘性引起的切向应力及法向应力，压力等2动量守恒方程动量微分方程式描述流体速度场，可以从微元体的99动量微分方程—Navier-Stokes方程（N-S方程）(1)—惯性项（ma）；(2)—体积力；(3)—压强梯度；(4)—粘滞力。动量微分方程(1)—惯性项（ma）；(2)—体积力；(3)100对于稳态流动：只有重力场时：对于稳态流动：只有重力场时：1013能量守恒方程导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体内能的增量3能量守恒方程导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体1021、导热引起的净热量2、热对流引起的净热量X方向热对流带入微元体的焓1、导热引起的净热量2、热对流引起的净热量X方向热对流带入微103X方向热对流带出微元体的焓是常量，提到微分号外边，变为X方向热对流带出微元体的焓是常量，提到微分号外边，变为104X方向热对流引起的净热量y方向热对流引起的净热量X方向热对流引起的净热量y方向热对流引起的净热量105热对流引起的净热量连续性方程热对流引起的净热量连续性方程106热对流引起的净热量简化为微元体内能增量热对流引起的净热量简化为微元体内能增量107导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体内能的增量整理得二维、常物性、无内热源的能量微分方程导热引起净热量+热对流引起的净热量=微元体内能的增量整理得二108非稳态项对流项扩散项非稳态项对流项扩散项109动量守恒方程能量守恒方程对于不可压缩、常物性、无内热源的二维问题，微分方程组为：质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程对于不可压缩、常物性、无内热源的110前面4个方程求出温度场之后，可以利用牛顿冷却微分方程：计算当地对流换热系数4个方程，4个未知量——可求得速度场(u,v)和温度场(t)以及压力场(p),既适用于层流，也适用于紊流（瞬时值）前面4个方程求出温度场之后，可以利用牛顿冷却微分方程：计算当111一.

流动边界层§5-3边界层型对流传热问题的数学描写(1)利用它可以简化方程.(2)定性分析传热过程边界层的作用：一.流动边界层§5-3边界层型对流传热问题的数学描写(11121.物理现象当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在贴附于壁面的流体速度实际上等于零，在流体力学中称为贴壁处的无滑移边界条件。

实验测定若用仪器测出壁面法向（向）的速度分布，如上图所示。在处，；此后随，。经过一个薄层后接近主流速度。1.物理现象当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作113靠近壁面处流体速度发生显著变化的这一薄层称为流动边界层（速度边界层），通常规定：（主流速度）处的距离为流动边界层厚度，记为。3.定义靠近壁面处流体速度发生显著变化的这一薄层称为流动114(1)有层流(laminarflow),紊流(turbulentflow)之分.分界点Rec=3X105~3X106,一般可取Rec=5X105在湍流区,贴壁面还有一极薄的层流底层（粘性底层）(2)=(x)x(x)

(3)(x)<<x(L)<<L

(4)流场分为:主流区(undisturbedflowregime)(potential)边界层区(boundaryregime)4.边界层的特点4.边界层的特点1155.物理意义在这样薄的一层流体内，其速度梯度是很大的。在的薄层中，气流速度从变到，其法向平均变化率高达。5.物理意义在这样薄的一层流体内，其速度梯度是很大的116根据牛顿粘性定律，流体的剪应力与垂直运动方向的速度梯度成正比，即：式中：——向的粘滞剪应力；——动力粘度。根据牛顿粘性定律，流体的剪应力与垂直运动方向的速117假如流体的温度为t∞(t∞≠tw),将有热量传递。定义:在壁面附近温度发生显著变化的薄层.热边界层的厚度:过余温度=t-tw=0.99(t-tw)至壁面的距离t边界层的特点:与流动边界层相同二、热边界层(温度边界层thermalboundarylayer)假如流体的温度为t∞(t∞≠tw),将有热量传118二、边界层微分方程组牛顿流体(Newtonianfluid),常物性,无内热源,耗散不计,稳态,二维,略去重力.数量级分析已知：u，t，l的量级为0(1)

，t的量级为0(）二、边界层微分方程组牛顿流体(Newtonianfluid119以此五个量为分析基础。故故的平均值为故由连续性方程则故以此五个量为分析基础。故故的平均值为故由连续性方程则故120这样可以对微分方程组进行简化(数量级一致）x方向的动量扩散可以忽略这样可以对微分方程组进行简化(数量级一致）x方向的动量扩散可121x方向的导热可以忽略，最后得到x方向的导热可以忽略，最后得到122其中dp/dx是已知量，可由主流区理想流体的Bernoulli方程确定（忽略重力或平面流动）边界条件：其中dp/dx是已知量，可由主流区理想流体的Bernoull1231.流体外掠等温平板传热的层流分析解(1)流体以速度流进平板前缘后，边界层逐渐增厚，但在某一距离以前会保持层流。(2)但是随着边界层厚度的增加，必然导致壁面粘滞力对边界层外缘影响的减弱。自处起，层流向湍流过渡（过渡区），进而达到旺盛湍流，故称湍流边界层。§5-4流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论1.流体外掠等温平板传热的层流分析解(1)流体以速度124

(3)湍流边界层包括湍流核心、缓冲层、层流底层。在层流底层中具有较大的速度梯度。(3)湍流边界层包括湍流核心、缓冲层、层流底层。