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1、第十章自然对流换热与传质本讲稿第一页，共十一页大多数流体的物性都是随温度而变化大多数流体的物性都是随温度而变化高速流动的粘性耗散使流体温度有较大的变化高速流动的粘性耗散使流体温度有较大的变化高温差换热必须考虑物性变化的影响高温差换热必须考虑物性变化的影响流体温度变化范围不大时流体温度变化范围不大时本讲稿第二页，共十一页产生原因：产生原因：流体内部的温度差或浓度差引起密度差流体内部的温度差或浓度差引起密度差 在在重力场或其它力场（离心力场、电磁力场等）在在重力场或其它力场（离心力场、电磁力场等）形成浮升力而产生的形成浮升力而产生的 层流层流 紊流紊流分类：分类：本讲稿第三页，共十一页11.1 自
2、然对流边界方程自然对流边界方程靠近壁面的薄层满足边界层理论靠近壁面的薄层满足边界层理论本讲稿第四页，共十一页假设假设二维稳态二维稳态体积力为重力体积力为重力忽略粘性耗散忽略粘性耗散忽略压缩功忽略压缩功无内热源及不发生化学变化无内热源及不发生化学变化边界层方程边界层方程本讲稿第五页，共十一页边界层内控制方程边界层内控制方程边界层外边界层外浮升力浮升力本讲稿第六页，共十一页Boussinesq假设假设浮升力与密度密切相关浮升力与密度密切相关方程耦合求解方程耦合求解Boussinesq假设假设满足下列条件满足下列条件12本讲稿第七页，共十一页连续性方程连续性方程除除 项外的动量方程项外的动量方程 能
3、量方程能量方程不可压缩的常物性方程处理不可压缩的常物性方程处理密度差近似为纯粹的温度影响密度差近似为纯粹的温度影响12本讲稿第八页，共十一页11.2 竖平壁上常物性自然对流竖平壁上常物性自然对流Tw常量常量数数学学模模型型 边界层外流体压边界层外流体压力为静压力力为静压力 边界层外流体速度边界层外流体速度为零为零本讲稿第九页，共十一页结果分析结果分析驱动驱动（受热层）（受热层）摩擦力浮升力摩擦力浮升力被驱动被驱动（未受热层）（未受热层）摩擦力惯性力摩擦力惯性力向上流动的流体并不限于厚度为向上流动的流体并不限于厚度为 T这一层流体，受热向上这一层流体，受热向上运动的流体层对外侧未受热流体的粘性拖曳作用，使未受热运动的流体层对外侧未受热流体的粘性拖曳作用，使未受热流体向上流动。流体向上流动。本讲稿第十页，共十一页浮升力惯性力浮升力惯性力摩擦力浮升力摩擦力浮升力在在 T外，流体温度不变化，浮升力未零，粘性力外，流体温度不变化，浮升力未零，粘性力引起的拖曳作用几乎不存在，流体不运动，速度引起的拖曳作用几乎不存在，流体不运动，速度分布和温度分布的宽度相同。分布和温度分布的宽度相同。本讲稿第十一页，共十一页