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溫度邊界層thermal boundary layer

時間：2020-03-01 來源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：

又稱熱邊界層，流體流過壁面時，邊界附近因加熱或冷卻而形成的具有溫度梯度的薄層，也就是對流傳熱熱阻所在的區(qū)域。在此區(qū)域之外，溫度梯度和熱阻都可忽略。因此，關(guān)于對流傳熱的研究，僅限于溫度邊界層范圍之內(nèi)。
　　溫度邊界層的概念，是流動邊界層概念在非等溫流動情況下的推廣。運用溫度邊界層的特性，簡化能量方程，仿照流動邊界層的計算方法，可以進(jìn)行對流傳熱的計算，確立溫度分布，求得傳熱分系數(shù)。
　　壁面上溫度邊界層的形成　當(dāng)流體流過與其溫度不同的固體表面時，根據(jù)流體在壁面處是被加熱還是被冷卻，有不同的溫度分布(圖1)。

流體溫度的變化，理論上可以延伸到無窮遠(yuǎn)處，但變化主要發(fā)生在壁面附近的薄層中。一般規(guī)定，流體與壁面的溫度差達(dá)到流體主體與壁面的溫度差的99％處到壁面的距離，為溫度邊界層的厚度δ_t。即溫度邊界層外邊界處的溫度應(yīng)滿足下式：
　　　　　

(T－T_w)=0.99(T_f－T_w)

式中T_f和T_w分別為流體主體和壁面的溫度；T為溫度邊界層外邊界處的溫度。溫度邊界層厚度沿流動方向不斷增厚。δ_t越薄則層內(nèi)溫度梯度越大。
　　對流傳熱時，流體中的溫度場分成兩個區(qū)域：一是存在著溫度梯度的溫度邊界層，其中熱傳導(dǎo)起一定作用；另一是溫度梯度可以忽略的層外主流區(qū)，在此區(qū)內(nèi)以對流傳熱為主，熱傳導(dǎo)的作用可予忽略。
　　壁面上的溫度邊界層，可與流動邊界層同時開始形成，也可先形成流動邊界層，隨后才開始形成溫度邊界層（圖2）。兩種邊界層的厚度之比，與普朗特數(shù)Hr有關(guān)。當(dāng)兩種邊界層同時開始形成時，兩者的近似關(guān)系為：
　　　　　　　