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第五章对流换热
Convectiveheattransfer§5.1对流换热概述3、对流换热的特点：
（1）导热与热对流同时存在的复杂热传递过程
（2）必须有流体和壁面的直接接触和宏观运动；
也必须有温差
（3）由于流体的黏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流动边界层
（4）紧贴壁面处同时形成温度梯度很大的热边界层
4、牛顿冷却公式对流换热系数1.流动起因：
自然对流：流体内部各部分因温度不同而导致密度差异，
在由此而产生的浮升力作用下发生的流动。
强制对流：流体在泵、风机或其它压差作用下发生的流动。2.流动状态：
层流：整个流场呈一簇互相平行的流线。
紊流：流体质点做复杂无规则的运动。

紊流流动极为普遍：麦浪滚滚，旗帜在微风中轻轻飘扬。
3.流体有无相变：
单相换热：（singlephaseheattransfer）
相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等
(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。5.流体的热物理性质：
定压比热，密度，导热系数，粘度（或运动粘
度，，容积膨胀系数对流换热分类：§5.2边界层分析

由牛顿粘性定律：
速度梯度越大，粘滞应力越大。
边界层外：在y方向无变化，

粘滞应力为0—主流区流体外掠平板时的层流边界层与紊流边界层流动边界层的几个重要特征：边界层的厚度：卡门近似积分法二、热边界层
当温度均匀的流体流过壁面温度与其不同的平板时，流体与壁面之间发生热量交换，在紧贴壁面位置存在着一流体薄层。在其中，流体的温度由壁面温度变化到主流温度，这一流体薄层称为热边界层。

厚度
—热边界层厚度，不一定相等。
流动边界层与热边界层的状况决定了热量传递过程和边界层内的温度分布。层流：温度呈抛物线分布
紊流：温度呈幂函数分布壁面加热流体时热边界层的形成和发展根据牛顿冷却公式：2、常物性不可压缩流体的二维稳态流动
边界层对流换热微分方程组在实物或模型上进行对流换热实验研究时，变量太多。
三个问题：
如何设计实验、实验中应测哪些量（是否所有的物理量都测）；
实验数据如何整理（整理成什么样的函数关系）；
实验结果如何推广运用于实际现象。
相似原理将回答上述三个问题
相似原理：相似的性质、相似准则间的关系、判别相似的条件一、物理现象相似的概念：1）几何相似
彼此几何相似的三角形，对应边成比例整理得：

即：两三角形相似时，不仅各对应边成比例，而且他们
的数值必定相等。可以证明：如果两个三角形具备相同的那么它们必定相似。2）物理现象相似
例1：流体在圆管内稳态流动时速度场相似问题。例2：物体外掠平板对流换热边界层温度场相似问题两个对流换热现象相似：它们的温度场、速度场、粘度场、
热导率场、壁面几何因素都应分别相似。
即：在对应瞬间、对应点上各物理量分别成比例

各影响因素不是彼此孤立的，它们之间存在着由对流方程组所规定的关系。
故：各相似倍数之间也必定有特定的制约关系，它们的值不是随意的。（a）将式（c）代入式（a），并整理，得又，几何相似时有：对动量微分方程式进行相似分析可导出对考虑了浮力的动量方程进行相似分析，可以得出：努谢尔特准则的物理意义：雷诺准则的物理意义：格拉晓夫准则的物理意义：2)相似准则间的关系—相似定理2强迫对流换热的层流区和过渡区，浮升力不能忽略，
准则方程为：凡同类现象，若单值性条件相似，且同名相似准则相等，
则现象一定相似。
单值性条件：
（1）几何条件：换热面形状、尺寸，粗糙度，管子的
进口形状等；
（2）物理条件：流体的物性等；
（3）边界条件：流体的进、出口温度，壁面温度或壁
面热流密度，壁面处速度有无滑移；
（4）时间条件：现象中各物理量随时间变化的情况。
稳态过程，无时间条件。（1）设计实验应使模型与原型中的对流换热过程必须相
似，即单值性条件相似，同名相似准则相等；
（2）实验时改变条件（改变相似准则中易于改变的量），
测量相似准则中包含的其余物理量，得到几组有关
的相似准则；
（3）利用这几组相似特准则数，整理得到相似准则之间的
函数关系式。实验结果可以推广应用到相似的现象。4）实验数据的整理空气强迫紊流换热Ⅱ、定性温度、特征长度和特征速度相似特征数关系式的具体函数形式、定性温度、特征长度、特征速度等的确定具有一定的经验性。
对于同一批实验数据，不同人采用不同的准则关系式形式，可能获得不同的实验关联式。好的关系式对实验数据拟合后误差小，同时参数范围广泛。
选择定性温度、特征长度、特征速度不同，对于实验关系式也会有影响。
所得关系式只能用于相似的现象中，并且不能超出实验验证的参数范围；定性温度、特征长度、特征速