流体力学及传热学基本知识回顾二、流体动力学控制方程1、质量守恒方程,也称为连续方程(mass conservation equation,continuity equation) 单位时间内一定区域内的质量增加=流入的质量-流出的质量
2、动量守恒方程,实际是牛顿第二定律(momentum equation,Navier-Stokes equation) 净力=动量增加率=流出的动量-流入的动量
即:流体的动量对时间的变化率=外界作用力之和3、能量守恒方程,即热力学第一定律(energy equation) 能量的增加率=进入的净热流量-输出功+增加的焓
2014/12/1326
流体力学与传热学基础知识回顾二、传热学1、温度
物体的某种宏观性质,当两种此宏观性质不同的物体接触 时,之间会有净能量传递。当这一性质相同时,两物体达到 热平衡。这种性质称为温度。微观上,温度表征物体内部分 子运动的激烈程度。简言之就是表示物体冷热程度的物理量。
2、热量
由于温差作用而传递的这部分能量称为热量。热量是一种过程量,所以热量只能说“吸
收”“放出”。不可以说“含有”“具有”。热量是物体内能改变的一种量度。内能是状态量,对应系统的一个状态点。不要把热量与内能两个概念混淆。3、稳态传热与非稳态传热
物体中各点温度不随时间变化的传热过程称为稳态传热。反之称为非稳态。
一些系统或设备在稳定运转的情况下多属于稳态传热。在启动、停机的阶段多为非稳态。4、热传导 heat conduction
指在不涉及物质转移的情况下,热量从物体中温度较高的部位传递给相邻的温度较低的部
位,或从高温物体传递给相接触的低温物体的过程,简称导热。 与导热面积、导热温差正比。与厚度反比。
2014/12/13
27
流体力学与传热学基础知识回顾5、热对流 heat convection
指不同温度的流体各部分由相对运动引起的热量交换。不均匀温度场或浓度场造成了不均
匀的密度场,在重力的作用下造成流体的运动。所以CFD中若考虑对流换热,需要加载重力条件。
无相变化的对流分为自然对流、强迫对流。有相变化的分为蒸汽冷凝,液体沸腾(化工、
暖通专业涉及)。
与导热面积、导热温差正比。
6、热辐射 heat radiation
指物体因自身具有温度而辐射出能量的现象。它是波长在0.1~100微米之间的电磁辐射,
因此与其他传热方式不同,热量可以在没有中间介质的真空中直接传递。不依靠物体的直接接触。两次能量转化,内能—电磁波能—内能。物体温度高于绝对零度,都有热辐射。
2014/12/13
28
流体力学与传热学基础知识回顾与颜色无关。
黑体:假想体,吸收所有热辐射所有射线的物体。不仅包括可见光。所以黑体并不是黑色,
7、比热容c
一定质量的一物质,在温度升高时,所吸收的热量与该物质的质量和升高的温度乘积之比,
称做这种物质的比热容(比热),用符号c表示,单位是焦耳每千克开尔文[J /(kg·K) ]。即单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。 与压力、温度、相态有关。
25℃一个大气压下,水4200,油2000, 空气1030,陶瓷840,钢450,银235,金 129。 水的比热大,用来调节气候,海边温度变化小。水冷系统。热水取暖。油比水更容易升温。
8、热导率λ或k
也叫导热系数,单位W/(m·K),每单位长度、每度k,可以传送多少W能量,表征物体传
送热量的能力。随压力、温度、湿度改变。
常温下,铜383,铝204,钢47,不锈钢29,木材0.1,水0.58,空气0.023。
9、热扩散率α
α=λ/(ρ·c),单位是m2/s。反映了导热过程中材料的热导率λ与沿途物质的储热能力(ρ
c)之间的关系。
α值大,即λ值大或ρc值小,说明物体的某一部分一旦获得热量,该热量能在整个物体中很
快扩散。表征物体被加热或冷却时,物体内各部分的温度趋向与均匀一致的能力。
2014/12/13
29
流体力学与传热学基础知识回顾10、传热的增强与削弱
通过传热分析,找出影响传热的主要因素,进而采取措施改变传热量,解决实际工程问题。 增强措施:增大温差。减小热阻(传导热阻、对流热阻、辐射热阻)。扩展传热面,改变
流动状况,改变表面状况
削弱措施:热导率小的保温隔热材料,合适的厚度密度,合理的保温结构和工艺、经济性 举例:暖水瓶胆夹层抽成真空,排除了夹层中空气的对流。夹层的两壁涂有一层辐射黑度
很小的硝酸银层,大大减少夹层两壁面间的辐射换热。结霜的冰箱更费电,因为霜相当于增加了热阻。11、理想气体状态方程
, n—气体摩尔数,R—常数 8.31J/K·molpV?nRT
即压强乘以体积除以温度是一个常数。
12、热力学第零定律
如果物体A和物体B处于热平衡状态,物体A和物体C处于热平衡状态,则物体B和物体C也
处于热平衡状态。
2014/12/1330