第十章自然对流详解

第十章自然对流详解演示文稿当前第1页\共有20页\编于星期三\11点优选第十章自然对流当前第2页\共有20页\编于星期三\11点自然对流要点新术语Volumetricthermalexpansioncoefficient体积膨胀系数Grashofnumber格拉晓夫数Rayleighnumber瑞利数浮力是自然对流的驱动力Buoyancy重点：大空间垂直平壁上的层流自然对流Nu关联式自然对流的边界层当前第3页\共有20页\编于星期三\11点浮力流体密度差体积力：重力，科里奥利力

温差密度差浮升力自然对流自然对流换热当前第4页\共有20页\编于星期三\11点自由发展边界层热管道，热导线等当前第5页\共有20页\编于星期三\11点大空间竖直平壁上的自然对流换热u(x,y)ygxvu当前第6页\共有20页\编于星期三\11点当前第7页\共有20页\编于星期三\11点层流，湍流?层流：热阻主要取决于边界层厚度，hx逐渐减小湍流：局部对流换热系数hx为常数当前第8页\共有20页\编于星期三\11点自然对流换热的方程组X-动量方程.已知,,因此浮力当前第9页\共有20页\编于星期三\11点定义

α,体胀系数.密度差是由于温差带来的，定义当前第10页\共有20页\编于星期三\11点动量方程可写为连续性方程与能量方程不变：速度场与温度场强烈耦合，必须同时求解当前第11页\共有20页\编于星期三\11点无量纲化当前第12页\共有20页\编于星期三\11点定义Gr数,动量方程→自然对流里的Gr数类比于强迫对流里的Re数Gr数的物理意义：浮力与粘性力的比值Gr数越大，自然对流越强烈flow强迫对流自然对流当前第13页\共有20页\编于星期三\11点瑞利数Ra：当前第14页\共有20页\编于星期三\11点自然对流换热可分成大空间和有限空间两类。大空间自然对流：流体的冷却和加热过程互不影响，边界层不受干扰。如图两个热竖壁。底部封闭，只要底部开口时，只要壁面换热就可按大空间自然对流处理。（大空间的相对性）当前第15页\共有20页\编于星期三\11点u(x,y)ygxvu竖直平壁上的自然对流换热，常壁温y:u=0,t=ty0:u=0,t=tw竖直圆柱：当前第16页\共有20页\编于星期三\11点

对常热流情况，q=constant,如何计算Nu?采用平壁中心的温度tl/2作为Gr数和牛顿冷却公式中的特征温度，针对常壁温条件的经验关联式，如Eq.(10-77)，也可用于常热流的边界条件

或，利用针对常热流的经验关联式：(10-79)to(10-87)当前第17页\共有20页\编于星期三\11点自然对流与强制对流并存的混合对流在对流换热中有时需要既考虑强制对流亦考虑自然对流考察浮升力与惯性力的比值一般认为，时，自然对流的影响不能忽略，

而时，强制对流的影响相对于自然对流可以忽略不计。自然对流对总换热量的影响低于10％的作为纯强制对流；强制对流对总换热量的影响低于10％的作为纯自然对流；这两部分都不包括的中区域为混合对流。当前第18页\共有20页\编于星期三\11点

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