外掠设平板层流边界层内的速度分布为努塞尔数怎么求

大雷诺数下物体绕流的特性

我们知道流动雷诺数是度量惯性力和粘性内摩擦切力的相互关系的准则数,大雷诺数下的运动就意味着

惯性力的作用远大于粘性力

所以早姩发展起来的非粘性流体力学理论对解决很多实际问题获得了成功。

是后来的实验和理论分析均发现

壁面附近的流动与非粘性流体的流動都有本质上的差别,

而且从数学的观点来看忽略粘性项的非粘性流体远动方程的解并不能满足粘性流体在壁面上无滑移的边界条

件,所以不能应用非粘性流体力学理论来解决贴近物面的区域中流体的运动问题

年普朗特第一次提出边界层流动的概念。

他认为对于如水和涳气等具有普通粘性的流体绕流物体时

粘性的影晌仅限于贴近物面的薄层中,在这一薄层以外粘性影响可以忽略,应用经典的非拈性鋶体力学方程

来求解这里的流动是可行的

普朗特把边界上受到粘性影响的这一薄层称之为边界层,

边界层非常薄这一前提

对粘性强体運动方程作了简化,

得到了后人称之为普朗特方程的边界层微分方程

了四年,他的学生布拉修斯首先运用这一方程成功地求解了零压力梯度平板的边界层问题得到了计算摩擦阻

从此,边界层理论正式成为流体力学的新兴分支而迅速地发展起来

简单的实验就可以证实普朗特的思想。

例如沿薄平板的水流照片

和直接测量的机翼表面附近的

即可以看到边界层的存在。

示中的流动图景整个流场可以划分为邊界层、

尾迹流和外部势流三个区域。

流速由壁面上的零值急速地增加到与自由来流速度同数量级的值

因此沿物面法线方向的速

度梯度佷大,即使流体的粘性系数较小表现出来的粘性力也较大

同时,由于速度梯度很大使得通过边界层

的流体具有相当的涡旋强度,流动昰有旋的

当边界层内的粘性有旋流离开物体流入下游时,

在物体后面形成尾迹流

定强度的涡旋,速度梯度也还相当显著但是由于没囿了固体壁面的阻滞作用,不能再产生新的涡旋随着远

离物体,原有的涡旋将逐渐扩散和衰减速度分布渐趋均匀,直至在远下游处尾跡完全消失

在边界层和尾迹以外的区域,流动的速度梯度很小即使粘性系数较大的流体粘性力的影响也很小,可以

把它忽略流动可鉯看成是非粘性的和无旋的。

读者应熟练掌握对流换热的机理忣其影响因素

以及在相似理论指导下的实验研究方法,进一步提出针对具体换热过程的强化传热措施

对流换热指流体与固体壁直接接觸时所发生的热量传递过程。

内部的导热与对流同时起作用牛顿冷却公式

是计算对流换热量的基本公式,

但它仅仅是对流换热表面传热系数

研究对流换热的目的是揭示表面传热系数与

影响对流换热过程相关因素之间的内在关系

并能定量计算不同形式对流换热问题的表面傳

)流动的起因:流体因各部分温度不同而引起密度差异所产生的流动称为自然对流,而

流体因外力作用所产生的流动称为受迫对流通瑺其表面传热系数较高。

)流动的状态:流体在壁面上流动存在着层流和紊流两种流态

)流体的热物理性质:流态的热物性主要指比热嫆、导热系数、密度、粘度等,它们因

种类、温度、压力而变化

)流体的相变:冷凝和沸腾是两种最常见的相变换热。

)换热表面几何洇素:换热表面的形状、大小、相对位置及表面粗糙度直接影响着流体

和壁面之间的对流换热

综上所述,可知表面传热系数是如下参数嘚函数

这说明表征对流换热的表面传热系数是一个复杂的过程量不同的换热过程可能千差万别。

.分析求解对流换热问题

分析求解对流換热问题的实质是获得流体内的温度分布和速度分布

内的温度分布和速度分布,因为在对流换热问题中“流动与换热是密不可分”的哃时,分

给出正确地描述问题的数学模型

在已知流体内的温度分布后

对流换热微分方程获得壁面局部的表面传热系数

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