芻議熱力學(xué)熱量轉(zhuǎn)移問題

　　從氣體分子運動論的觀點來看，溫度標志大量分子熱運動的劇烈程度，下面是小編搜集整理的一篇探究熱力學(xué)熱量轉(zhuǎn)移問題的論文范文，供大家閱讀參考。

　　摘 要：溫度是標志物體冷熱程度的參數(shù)。也可以從熱力學(xué)第零定律出發(fā)，用熱平衡概念來定義溫度。將冷熱程度不同的兩個系統(tǒng)相互接觸，它們之間會發(fā)生熱量傳遞。經(jīng)過足夠長時間，它們將達到相同的冷熱程度，熱傳遞不再進行。這種情況不隨時間變化稱為熱平衡。熱力學(xué)第一定律可表述為：當兩個熱力系統(tǒng)各自與第三個熱力系統(tǒng)處于熱平衡時，這兩個系統(tǒng)彼此之間也處于熱平衡。處于熱平衡狀態(tài)的各個系統(tǒng)具有某一宏觀共同特性且此特性只是熱力狀態(tài)的函數(shù)，標志此宏觀共同特性的物理量就稱為溫度。所以溫度的熱力學(xué)定義是判別各熱力系統(tǒng)是否處于熱平衡的一個狀態(tài)參數(shù)。

　　關(guān)鍵詞：熱力 熱量 轉(zhuǎn)移

　　一、湍流熱轉(zhuǎn)移

　　湍流在發(fā)展速度曲線會出現(xiàn)，占據(jù)表面附近的空間同時流的中央纖芯是湍流。以解析確定該傳熱形勢下，我們需要像往常一樣在溫度分布知識中找到答案。至獲得此溫度分析必須考慮到的影響在湍流漩渦中的熱量和動量的轉(zhuǎn)移。我們將使用一個近似分析涉及的熱傳導(dǎo)和運輸?shù)膭蓊^在運輸流(即粘性效應(yīng))在層流穿過流元件的熱流量可以被稱為雷諾管流來表示。它涉及傳熱率在管流動的摩擦損失并與實驗步驟一起使用時與氣體的普朗特數(shù)都接近于1。一個假設(shè)在分析中，一個經(jīng)驗公式為紊流摩擦因數(shù)高達約雷諾數(shù)在光滑管的流動預(yù)測傳熱系數(shù)的比那些在實驗中觀察到略高。在討論目的中這一點已經(jīng)表明，人們可以在一個動蕩的熱傳遞的關(guān)系到達相當簡單的解析方式。正如我們所指出的一個嚴格的開發(fā)傳熱和流體之間的摩擦雷諾類比涉及到超越的考慮我們的討論和推理這里選擇的簡單路徑的范圍是提供用于表示該物理過程的一般性質(zhì)的目的。為計算方便更正確的關(guān)系在平穩(wěn)用于湍流管式，我們比較研究。

　　二、高速傳熱分析

　　我們以前對邊界層傳熱的分析忽視影響邊界層內(nèi)的粘性耗散。當自由流速度是非常高如高速飛機這些散熱效果必須加以考慮。我們開始分析考慮絕熱情況下即一個完美的絕緣墻。在這種情況下壁溫度可能會比自由溫度高，即使沒有發(fā)生熱傳遞。此高溫導(dǎo)致的兩種情況：增加流體的溫度，因為它被帶到其余在板表面上同時將動能流被轉(zhuǎn)化成內(nèi)部的熱能，由于粘性耗散可以起到加熱效果，考慮到這一種情況氣體的動能被轉(zhuǎn)換成熱能量作為氣體被帶到這個過程是由穩(wěn)流能量描述方程為一個絕熱過程：在實際情況下一個邊界層流問題的流體不會帶來可逆的粘性作用�；�本上是一個熱力學(xué)不可逆過程感此外并非所有的自由流的動能被轉(zhuǎn)換成熱能部分失去熱量一部分消耗在粘性的工作形式考慮到在邊界層流動系統(tǒng)的不可逆性。

　　其中實際的絕熱壁溫度是靜態(tài)溫度自由流�；謴�(fù)系數(shù)可以通過實驗確定或者對于某些流系統(tǒng)分析計算可制成。邊界層能量方程已經(jīng)解決了高速流動的情況下，才考慮到粘性發(fā)熱任期。雖然完整的解決方案是有點乏味，最后的結(jié)果是顯著簡單。對于我們的目的，我們目前只有結(jié)果并指出它們?nèi)绾伪粦?yīng)用。一個優(yōu)秀的高速傳熱問題的大綱中給出的一份報告和一些典型的邊界層溫度分布為絕熱壁在高速流動。高速傳熱分析的基本結(jié)果是熱傳輸率，通�？梢杂嬎愠雠c用于低速不可壓縮的同一關(guān)系流動時的平均傳熱系數(shù)被重新定義的關(guān)系。請注意該絕熱壁溫度與實際壁溫度之間的差用于定義。以使表達式將產(chǎn)生的零熱流值當墻是在絕熱壁溫。對于普朗特數(shù)氣體附近集結(jié)，為經(jīng)濟復(fù)蘇的因素如下關(guān)系已得出：這些回收的因素，可以使用與公式結(jié)合，以獲得絕熱壁溫。在高速邊界層可能會發(fā)生顯著的溫度梯度并會出現(xiàn)在邊界層相應(yīng)的變化。該如果屬性被引入恒定屬性傳熱方程仍然可以使用在參考溫度T 所推薦的�？颂兀阂部墒褂脽醾鬟f和流體摩擦之間的類比當摩擦系數(shù)是已知的。

　　總結(jié)用于高速關(guān)系計算：上標在上面的等式表明性能的評估規(guī)定的基準溫度。以得到平均傳熱系數(shù)，則上面的表達式必須被集成在板的長度。如果雷諾數(shù)落在一個范圍內(nèi)使得必須被使用，該整合不能表示在封閉的形式并且一個數(shù)值積分執(zhí)行必須小心集成對于由于高速熱傳輸問題的基準溫度是用于不同層流和邊界層的紊流部。這是由于不同的值用于層流和湍流方程所給出的采收率遇到非常高的流速，絕熱壁溫可能變得如此之高的氣體的離解將發(fā)生并且將有一個很寬的變化的邊界層中的屬性。埃克特建議這些問題在焓來定義的傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)上處理其中是焓在絕熱壁條件。同樣的關(guān)系和以前一樣用于計算除了所有屬性都恢復(fù)因數(shù)和傳熱在參考焓，然后在公式中使用傳熱系數(shù)。當計算焓為在上述關(guān)系的使用，總焓必須使用的也就是說離解的化學(xué)能以及內(nèi)部熱能必須被包括在內(nèi)。參考焓方法已被證明是成功的計算的高速傳熱與優(yōu)于10 %的準確度。

　　三、結(jié)語

　　有很大一部分人一直關(guān)注流過平板和相關(guān)的熱轉(zhuǎn)移以及熱傳輸厚度和摩擦系數(shù)方程。我們對流換熱的描述是不完整的。在這個時候?qū)⑿枰�進一步開發(fā)，即便如此，我們開始看到一個對于對流問題的解決方案的程序的結(jié)構(gòu)：建立不同情況下的幾何形狀，現(xiàn)在我們主要局限于流過平板，確定所涉及的流體以及評價流體性質(zhì)。這通常是在薄膜的溫度，建立邊界條件即恒溫或恒熱流;建立流動狀態(tài)由雷諾數(shù)決定和選擇適當?shù)姆匠�，考慮到流動狀態(tài)和任何流體屬性限制可能適用的問題，計算對流熱傳遞系數(shù)和熱傳遞的值。我們應(yīng)為所有對流問題給予一般解決辦法。

　　參考文獻

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　　[2]王德人編，非線性方程組的解法與最優(yōu)化方法[M]，人民教育出版社，2005。

　　[3]李大潛等編，有限元素法續(xù)講[M]，科學(xué)出版社，2009。

　　[4]張玉民 阮耀鐘編 熱學(xué)，高等教育出版社，2010。

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