Heat Transfer 传热学,建筑环境与设备工程专业主干课程之一 !,§6 单相对流换热,建筑环境与设备工程专业主干课程之一 !,Chapter6 The Heat Transfer of Single-phase Convection,Heat Transfer,§6-4 自然对流换热,1、自然对流产生的原因自然对流：不依靠泵或风机等外力推动，由流体 自身温度场的不均匀所引起的流动一般地，不均匀温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内 例如：暖气管道的散热、不用风扇强制冷却的电 器元件的散热,0 前言,Heat Transfer,2、自然对流换热的分类 自然对流换热问题常常按流体所处空间的特点分成两大类：如果流体处于相对很大的空间，边界层的发展不受限制和干扰，称为无限空间的自然对流换热；若流体空间相对狭小，边界层无法自由展开，则称为有限空间的自然对流换热§6-4 自然对流换热,Heat Transfer,1、流动边界层的形成与发展 设板温高于流体的温度板附近的流体被加热因而密度降低 ( 与远处未受影响的流体相比 ) ，向上运动并在板表面形成一个很薄的边界层如果竖板足够高，到一定位置也会从层流发展成为湍流边界层。
自然对流湍流时的换热当然也明显强于层流一、 无限空间自然对流换热,Heat Transfer,自然对流边界层中的速度分布与强迫流动时有原则的区别壁面上粘滞力造成的无滑移条件依然存在同时自然对流的主流是静止的，因此在边界层的某个位置，必定存在—个速度的局部极值就是说，自然对流边界层内速度剖面呈单峰形状 温度分布曲线与强迫流动时相似，呈单调变化Heat Transfer,具有以下流态： 层流：GrPr <10 7 ；过渡区：GrPr =10 7 -10 10 ；旺盛紊流： GrPr >10 10 ； （GrPr）c 一般取 109Heat Transfer,2、换热特征 在层流边界层随着厚度的增加，局部换热系数将逐渐降低，当边界层内层流向紊流转变队局部换热系数 hx 趋于增大研究表明，在常壁温或常热流边界条件下当达到旺盛紊流时， hx 将保持不久而与壁的高度无关Heat Transfer,自然对流亦有层流和湍流之分层流时，换热热阻主要取决于薄层的厚度旺盛湍流时，局部表面传热系数几乎是常量Heat Transfer,,从对流换热微分方程组出发，可得到自然对流换热的准则方程式：,3、自然对流换热的准则方程式,,式中：格拉晓夫数是浮升力/粘滞力比值的一种量度。
其值的增大表明浮升力作用的相对增大瑞利数：,注意各字母的含义及其取值，见教材！,6-16,Heat Transfer,,在常热流边界条件下：,3、自然对流换热的准则方程式,,6-17,注：竖圆柱按下表与竖壁用同一个关联式只限于以下情况：,Heat Transfer,Heat Transfer,Heat Transfer,*自模化现象：对于自然对流紊流，展开关联式后，两边的定型尺寸可以消去，这表明自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关Heat Transfer,二、有限空间自然对流换热,这里仅讨论如图所示的竖的和水平的两种封闭夹层的自然对流换热，而且仅局限于气体夹层封闭夹层示意图,Heat Transfer,夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度 为特征长度的 数： 当 极低时换热依靠纯导热： 对于竖直夹层，当 对于水平夹层，当,注意：与教材数据的不同！这里的数据仅供参考！,Heat Transfer,另：随着 的提高，会依次出现向层流特征过渡的流动（环流）、层流特征的流动、湍流特征的流动 对竖夹层，纵横比 对换热有一定影响。
Heat Transfer,Heat Transfer,Heat Transfer,①对于竖空气夹层，推荐以下实验关联式：,补充：,Heat Transfer,②对于水平空气夹层，推荐以下关联式：,式中：定性温度均为 数中的特征长度均为 Heat Transfer,实际上，除了自然对流外，夹层中还有辐射换热，此时通过夹层的换热量应是两者之和对竖空气夹层， 的实验验证范围：,Heat Transfer,三、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:,时，自然对流的影响不能忽略；,一般认为，,Heat Transfer,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Heat Transfer,本节小结：,一、 无限空间自然对流换热 1、流动边界层的形成与发展 2、换热特征 3、自然对流换热的准则方程式二、有限空间自然对流换热三、自然对流与强制对流并存的混合对流,Thank You !,感谢所有资料原始持有人的辛勤劳动！,。