传热学6第六章

1、17 ht06 .doc 第六章 第六章 单相流体对流传热 第一节 管内受迫对流传热 一、一般分析图6-1 管内局部表面传热系数及平均h的变化图6-2 管断面平均流速及平均温度的计算图6-3管内传热热平衡图6-4 管内传热时流体温度变化（a）常热流 （b）常壁温图6-5 黏度变化对速度场的影响1-等温流；2-冷却液体或加热气体；3-加热液体或冷却气体 1.进口段与充分发展段 Re <2300 层流 2300 <Re < 过渡状态 Re 旺盛紊流 ； v 0 = 0 （1a） = （1b） 0.05Re·Pr （3）2.管内流体平均速度及平均温度 (1)管内流体平均速

2、度 （6-1） （6-2） （4）又 （5） （6）或 （7） 常热流边界条件(qconst)： =（ +）/2 （6-3a） = （8） （6-3b）式中，进口端流体与管壁温差；出口端 ； 常壁温边界条件(const)： = （9） （10） = （6-3c）称对数平均温差. tf=tw± （6-3d） 3. 物性场不均匀 4.管子的几何特征 二、管内受迫对流传热 1.紊流传热 Nu = C 迪图斯-贝尔特(DittusBoelter)公式： 加热流体 (>) (6- 4a) 冷却流体 (<) (6-4b)西得和塔特(Sieder-Tate )推荐的关联式 （6-5）关

3、于物性变化的修正 格尼林斯基建议的关联式和实验数据 对于气体，0.61.5；0.51.5； 2300 (6-6a) 对于液体，1.5500； 0.0520；2300 (6-6b) 对于非圆形管 = （6-7）式中 A流道断面面积，； U流体润湿的流道周边，m 。 对于螺旋形管图6-6弯曲管二次环流 气体 （6-8a） 液体 （6-8b） 2. 层流传热 西得和塔特关联式 (6-9a) (6-9b) =4.36 (q const) (6-10a) =3.66 (const) (6-10b) 3. 过渡流传热 4. 粗糙管壁的传热图6-7流体在粗糙壁上的流动1-层流;2、3-紊流 (11) = (

4、12) = (13) (14) St = (15) St ×= (6-11) (6-12) (16) 第二节 外掠圆管对流传热 一、外掠单管图6-8外掠圆管流动边界层图6-9 外掠圆管局部表面传热系数的变化图图6-10 外掠单圆管平均Nu （ (6-13) C n 140 40 0.75 0.51 0.26 0.076 0.4 0.5 0.6 0.7式(6-13)的C及n值 表6-1 二、外掠管束图6-11 顺排与叉排管束（a）顺排 （b）叉排 (6-14) 管束平均表面传热系数准则关联式 表6-2排列方式适用范围0.7<<500准 则 关 联 式对空气或烟气的简化式Pr

5、=0.7顺排=,=,叉排= 排数修正系数表 表6-3 排数1234568121620顺排0.690.800.860.900.930.950.960.980.991.0叉排0.620.760.840.880.920.950.960.980.991.0【例6-6】 图6-12 例6-6附图第三节 自然对流传热一、无限空间自然对流传热图6-13 自然对流传热边界层及局部表面传热系数的变化 （a）顺排 （b）叉排 （1）= -g （2）g-=（-）g （3） （4）即 -（- t ）= - （5） (5-44)引用无因次温度 (6-15)自然对流传热准则关联式 (6-16) 在常热流边界条件下采用(称

6、修正Gr)代替Gr= （6） (6-17)式（6-16）或式（6-17）中的C 、n 值 表6-4 壁面形状、位置及 边界条件流动情况示意图C 、 n定型尺寸适用范围流态Cn=const竖平壁竖直圆筒，平均Nu，式（6-16）【11】层流紊流0.590.11/41/3高度hGr·Prq=const竖平壁或竖直圆筒，局部，式（6-17） Trans. ASME . Vo191c， pp.511531，1969。层流紊流0.60.171/51/4局部点的高度x·Pr2×=const或qw=const水平圆筒平均Nu，式6-16）u Adv. Heat Tansfer,

7、 Vol.11,P211. 层流1.020.850.480.1480.1880.250外径dGr·Pr紊流0.1251/3=const热面朝上或冷面朝下的水平壁，平均Nu，式（6-16）v J. Heat Mass Transfer，Vo115，p.755，1972。层流紊流0.540.151/41/3矩形取两个边长的平均值；非规则形取面积与周长之比；圆盘取0.9dGr·Pr2×8×8×=const热面朝下或冷面朝上的水平壁，平均Nu，式（6-16）层流0.581/5同上Gr·Pr 竖直圆筒（管）传热纵坐标 横坐标图6-14 竖直圆筒

8、自然对流传热平均表面传热系数校正系数 (6-18)丘吉尔(Churchill)和朱(Chu)推荐竖壁和水平圆筒自然对流传热准则关联式 竖壁： (6-19) 适用范围： 由 水平圆筒： (6-20) 适用范围： 由10-6 二、有限空间中的自然对流传热图6-15 有限空间自然对流传热 对于竖直壁封闭夹层的自然对流传热问题可分为三种情况：(1) 夹层厚度与高度H之比较大(大于0.3) (2) 在夹层内冷热两股流动边界层能相互结合 (3) 竖直壁夹层=2000时对于水平封闭夹层可分为两种情况：(1)热面在上 (2)热面在下 至于倾斜夹层，它与水平夹层相类似，当·Pr超过1700时，将发生蜂

9、窝状流动。 q = （-） （6-21）q =（） （7）=（） （8） =C (6-22) q = () (9) q = () (10)= (11)有限空间自然对流传热准则关联式 表6-5夹层位置准则关联式适用范围竖直夹层（气体）【14】=1 （导热）=0.197（层流）6000<<211 < H/d < 42竖壁夹层传热关联式的应用将受和H/d的双重限制，因此夹层内的传热由导热模式转变为层流模式的具体区段，或者说上述关联式不能使用的区段，要根据夹层的具体条件来确定，本书把这一区段称为“过渡段”，它的传热规律有待学者研究解决。=0.073（紊流）2<<1.

10、111 £ H/d £42水平夹层（热面在下）【12】（气体）=0.059 1700<<7000=0.212 7000<<3.2=0.061 >3.2倾斜夹层（热面在下与水平夹角为）（气体）1708<<5900=0.229 5900<<9.23=0.157 9.23<< 【例6-9】 371025304050607080×Pr3645613292.08´1043.59´1048.50´1041.66´1052.87´1054.56´1056

11、.80´105流态导热层流紊流11.571.842.352.853.524.184.85W/（m2·K）8.273.542.481.561.521.461.411.461.481.50图6-16 例6-9封闭空气夹层随厚度的变化三、自然对流与受迫对流并存的混合对流传热图6-17 自然对流对速度场的干扰 浮升力的数量级 惯性力的数量级相当于 则两力之比 （6-23）单相流体受迫对流、自然对流传热关联式综合对比表项 目受迫流过常壁温平板管内受迫对流外掠管束大空间自然对流封闭空间自然对流流动起因外力外力外力浮升力浮升力准则关联式的组成常壁温：常热流：判别层流转化紊流的准则数按所处的范围、排列方式、管排数、相对管间距等条件选择准则关联式>109（平壁）>107（水平筒壁）>1011（竖壁常热流）竖夹层壁：（导热机制）（层流转变为紊流）传热温度差与之差 与之差常壁温：与之差常热流：与壁高1/2处的之差夹层两壁温差定性温度主流温度与壁面温度的平均值常壁温：与的平均值常热流：与壁高1/2处的的平均值夹层两壁温度平均值定型尺寸平板长度圆管：内径非圆管：当量直径管外径竖壁、竖管：高度；横管：直径；水平壁：圆盘，0.9d；矩形，