单相对流传热的实验关联式B

1、 单相对流传热的单相对流传热的 实验关联式实验关联式 1 1、了解对流换热问题实验求解的理论基础、了解对流换热问题实验求解的理论基础 ( (相似原理及量纲分析相似原理及量纲分析) ) 2 2、熟记对流换热问题中常见的无量纲准则数、熟记对流换热问题中常见的无量纲准则数* * ( (定义、物理意义定义、物理意义) ) 3 3、了解各类流动和换热的特征、了解各类流动和换热的特征 4 4、能根据情况合理选用实验关联式进行常见对能根据情况合理选用实验关联式进行常见对 流传热问题的计算流传热问题的计算*基本要求基本要求主要内容主要内容n对流传热实验求解的理论基础对流传热实验求解的理论基础相似原理相似原理n

2、内部强制对流传热实验关联式内部强制对流传热实验关联式 1.流动与换热的特征流动与换热的特征 2.实验关联式：紊流、层流与过渡流实验关联式：紊流、层流与过渡流n外部强制对流传热外部强制对流传热实验关联式实验关联式 1.流动与换热的特征流动与换热的特征 2.实验关联式：纵掠平板、实验关联式：纵掠平板、 横掠单管、横掠管束横掠单管、横掠管束n自然对流传热自然对流传热实验关联式实验关联式 1.流动与换热的特征流动与换热的特征 2.实验关联式：大空间自然对流换热实验关联式：大空间自然对流换热 有限空间自然对流换热流有限空间自然对流换热流n射流冲击传热射流冲击传热实验关联式实验关联式6.1 6.1 相似原

3、理与量纲分析相似原理与量纲分析 对流传热实验求解的理论基础对流传热实验求解的理论基础6.1.1 物理现象物理现象相似的定义相似的定义 两个同类物理现象，如果在相应时刻与相应的两个同类物理现象，如果在相应时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称两现象彼此相似。两现象彼此相似。 同类物理现象：用相同形式并具有相同内容的同类物理现象：用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描写的现象。可用几个统一的无量纲微分方程式所描写的现象。可用几个统一的无量纲量表示量表示.6.1.2 相似原理的基本内容相似原理的基本内容2 2、同类现象中相似特征数的数量

4、及、同类现象中相似特征数的数量及相似准则间的关相似准则间的关 系表示系表示准则关联式准则关联式Pr)(Re,Pr)(Re,Pr)(Re,fjfStfNu其中其中, 相似特征数的数量可用相似特征数的数量可用定理等方法确定定理等方法确定1 1、物理现象相似的重要特征物理现象相似的重要特征 对于彼此相似的物理现象，描写该现象的同对于彼此相似的物理现象，描写该现象的同 名准则数对应相等名准则数对应相等. 3 3、两个同类现象相似的充要条件两个同类现象相似的充要条件 (1)(1)同名已定准则数相等；同名已定准则数相等； (2)(2)单值性条件相似。单值性条件相似。 单值性条件包括：单值性条件包括： 初始

5、条件、边界条件、几何条件、物理条件初始条件、边界条件、几何条件、物理条件 6.1.3 导出相似特征数的方法导出相似特征数的方法 相似分析法与量纲分析法相似分析法与量纲分析法(2)(2)相似分析法相似分析法 根据相似现象的基本定义，对与现象有关根据相似现象的基本定义，对与现象有关 的量引入两个现象之间的一系列比例系数的量引入两个现象之间的一系列比例系数 ( (相似倍数相似倍数) )，然后应用描述该过程的数学，然后应用描述该过程的数学 关系式，得出制约这些相似倍数间的关系，关系式，得出制约这些相似倍数间的关系， 从而得出有关无量纲量。从而得出有关无量纲量。1 1、相似分析法、相似分析法( (也称方

6、程分析法也称方程分析法) )(1)(1)以微分方程与单值性条件为基础，通过将其无以微分方程与单值性条件为基础，通过将其无 量纲化来得到有关的无量纲量量纲化来得到有关的无量纲量2、量纲分析法、量纲分析法 (1)基本依据基本依据定理定理 一个表示一个表示n个物理量间关系的量纲一致的方程式，个物理量间关系的量纲一致的方程式， 一定可以转换成包含一定可以转换成包含n-r个独立的无量纲物理量群间的个独立的无量纲物理量群间的 关系式。其中，关系式。其中，r 是指是指n个物理量中所涉及到的基本量个物理量中所涉及到的基本量 纲的数目。纲的数目。(2)应用量纲分析法获得无量纲准则数的步骤应用量纲分析法获得无量纲

7、准则数的步骤P235 例：单相介质管内强迫对流换热问题例：单相介质管内强迫对流换热问题 (3)量纲分析法的优缺点量纲分析法的优缺点 优点：方法简单，不需列出方程优点：方法简单，不需列出方程 缺点：不能漏列或错列有关物理量，否则将不能缺点：不能漏列或错列有关物理量，否则将不能 得出正确的结果。得出正确的结果。3、对流换热问题的主要无量纲准则数、对流换热问题的主要无量纲准则数(详见详见P241表表6-1) 努塞尔准则：努塞尔准则：(注意与注意与Bi数的区别数的区别)(0度分布壁面上流体的无量纲温ltythlNuy雷诺准则：雷诺准则：普朗特准则：普朗特准则：格拉晓夫准则：格拉晓夫准则：粘性力惯性力u

8、lRe热量扩散能力动量扩散能力acpPr粘性力浮升力23tglGrV6-2 6-2 相似原理的应用相似原理的应用1.按相似准则数安排试验按相似准则数安排试验6.2.1 指导试验安排及试验数据的整理指导试验安排及试验数据的整理如，单相介质强迫对流换热问题如，单相介质强迫对流换热问题)66Pr)(Re, fNu),(pcdufh意义：在相似原理指导下安排实验，可大大减少意义：在相似原理指导下安排实验，可大大减少 实验次数，从而减少投入。实验次数，从而减少投入。如，单相介质强迫对流换热问题如，单相介质强迫对流换热问题mnnCNuCNuPrReRe2. 特征数方程特征数方程(实验关联式实验关联式)的常

9、用形式的常用形式 一般将实验数据整理成幂函数形式一般将实验数据整理成幂函数形式式中的式中的C，n，m由实验确定由实验确定 (3) 自然对流换热：自然对流换热：Pr),(GrfNu (2) 层流及过渡流强制对流换热：层流及过渡流强制对流换热：)/Pr,(Re,dlfNu (1) 紊紊(湍湍)流强制对流换热：流强制对流换热：Pr)(Re,fNu 对于空气：对于空气：(Re)fNu 实验公式的计算误差实验公式的计算误差(或不确定度或不确定度)常可达常可达20%6.2.2 6.2.2 指导模化试验指导模化试验 近似模化近似模化：只要求对过程有决定影响的条件满：只要求对过程有决定影响的条件满足相似原理的

10、要求。足相似原理的要求。 模化试验模化试验: :用不同于实物几何尺度的模型来研究用不同于实物几何尺度的模型来研究实际装置中所进行的物理过程的试验。实际装置中所进行的物理过程的试验。 条件：模型中的过程与实际过程相似。条件：模型中的过程与实际过程相似。6.2.3 6.2.3 应用特征数方程应用特征数方程( (即准则方程即准则方程) )时时 应注意的几个问题应注意的几个问题*以上三点均应严格按所用准则方程规定的方以上三点均应严格按所用准则方程规定的方 式确定或计算式确定或计算1 1、特征长度特征长度：包含在相似准则数中的几何尺度：包含在相似准则数中的几何尺度2 2、特征速度特征速度: :计算计算R

11、eRe数时用到的速度数时用到的速度3 3、定性温度定性温度：用以确定流体物性的温度：用以确定流体物性的温度4 4、方程的适用范围方程的适用范围( (即实验验证范围即实验验证范围) ) 主要是主要是ReRe数、数、PrPr数与几何参数数与几何参数 6.3 内部流动强制对流传热实验关联式内部流动强制对流传热实验关联式 内部流动内部流动： 换热壁面上的流体边界层的发展受到流道壁换热壁面上的流体边界层的发展受到流道壁 面的限制，不能自由发展面的限制，不能自由发展. 外部流动外部流动: 换热壁面上的流体边界层可以自由发展换热壁面上的流体边界层可以自由发展, 不不 会受到流道壁面的阻碍或限制会受到流道壁面

12、的阻碍或限制. 故流动可以分为故流动可以分为 主流区与边界层区主流区与边界层区-边界层型流动边界层型流动外部流动与内部流动外部流动与内部流动6.3.1 管槽内强制对流管槽内强制对流流动和换热的特征流动和换热的特征截面的平均流速：截面的平均流速：cACudAAu1 1、流态划分：划分标准是雷诺数、流态划分：划分标准是雷诺数Re(ul/ ) Re 2300，层流，层流 2300 Re 104，过渡流，过渡流 Re 104，紊流，紊流 速度分布：速度分布： 层流层流 抛物线型抛物线型 紊流紊流 为为Re的递增函数的递增函数 5.00uu(Re)0fuu 入口段入口段自管道入口至边界层相汇合的一段距自

13、管道入口至边界层相汇合的一段距离。离。(入口段入口段小，即热阻小小，即热阻小,故表面传热系数故表面传热系数h较高较高)2、入口效应与充分发展段、入口效应与充分发展段 注意注意：在：在x=L入入处，处， =d/2=R湍流流动进行入口效应修正的湍流流动进行入口效应修正的条件条件： L/d60(或或50)层流流动的入口段长度层流流动的入口段长度: PrRe05. 0dl入 3、两种典型的热边界条件、两种典型的热边界条件 -均匀热流均匀热流(a)与均匀壁温与均匀壁温(b)4、流体平均温度、流体平均温度由式由式(6-12)确定确定 流体与壁面的温差流体与壁面的温差(对数对数)平均温差平均温差,式式(6-

14、14)6.3.2 管槽内湍流强制对流传热实验关联式管槽内湍流强制对流传热实验关联式 整管平均值整管平均值式中的指数式中的指数n值取决于流体是被加热还是被冷却：值取决于流体是被加热还是被冷却： 流体被加热时流体被加热时 n = 0.4 流体被冷却时流体被冷却时 n = 0.3定性温度、特征长度的取法及公式适用范围见教材定性温度、特征长度的取法及公式适用范围见教材 1)迪图斯迪图斯贝尔特贝尔特(Dittus-Boelter)公式公式 （最基本，应用最广）（最基本，应用最广）nffNuPrRe023.08 .01.常规流体常规流体 (Pr0.6)公式适用场合公式适用场合: 中等以下温差中等以下温差定

15、性温度定性温度: 流体平均温度流体平均温度 (进出口温度的算术平均值进出口温度的算术平均值)特征长度特征长度: 管子内径管子内径 d实验验证范围实验验证范围(即公式适用范围即公式适用范围):ft410Ref即湍流5102 . 17 . 0Pr f120dl /60相关修正相关修正:(1) 不均匀温度场的影响及修正不均匀温度场的影响及修正(3) 非圆形截面槽道修正非圆形截面槽道修正(2) 入口效应修正入口效应修正(4) 螺旋槽管修正螺旋槽管修正 影响情况影响情况（与流体种类有关）（与流体种类有关） 机理机理： t影响影响速度分布速度分布温度分布与换热温度分布与换热 如：如：换热增强00yyyty

16、u 修正措施：修正措施： 从从Pr数的指数上加以区别数的指数上加以区别; 引入温度修正系数引入温度修正系数ct,见见P247式式(6-16)(1) 不均匀温度场的影响及修正不均匀温度场的影响及修正相关修正相关修正: 在原关联式中乘以一个入口效应修正系数在原关联式中乘以一个入口效应修正系数cl (cl的计算式与入口条件有关的计算式与入口条件有关)(2)入口效应修正入口效应修正(3)非圆形截面槽道非圆形截面槽道)()(4润湿周长流通截面积UAde用当量直径作为特征长度：用当量直径作为特征长度：drde 2drde 2ade )(2baabdedDrRde)( 22)格尼林斯基格尼林斯基(Gniel

17、inski)公式公式tfffcldffNu)(1 ) 1(Pr8/7 .121Pr)1000)(Re8/(3/23/2式中式中: 温度修正系数温度修正系数 ct 按按P248式式(6-21b,c)计算计算; 阻力系数阻力系数 f 按式按式(6-22)计算计算特点特点: 精度较高精度较高; 已考虑温差及管长修正已考虑温差及管长修正; 采用当量直径后亦适用于非圆形截面通道采用当量直径后亦适用于非圆形截面通道定性温度与特征长度的取法同定性温度与特征长度的取法同Dittus-Boelter公式公式实验验证范围实验验证范围(即公式适用范围即公式适用范围):2300Re f即过渡区与湍流区6106 . 0

18、Pr f105(6-21a) 3)螺旋管螺旋管(弯管弯管) 在原关联式中乘以在原关联式中乘以 一个螺旋管一个螺旋管(弯管弯管) 修修 正系数正系数cr (cr的计算式的计算式 与流体种类有关与流体种类有关, 如如 式式(6-23) 注意注意: 上述两公式均只适用于水力光滑的平直管上述两公式均只适用于水力光滑的平直管2. 液态金属液态金属 (Pr=310-3510-20.6 )光滑圆管充分发展湍流光滑圆管充分发展湍流:均匀热流边界条件均匀热流边界条件 式式(6-24)均匀壁温边界条件均匀壁温边界条件 式式(6-25)6.3.3 管槽内层流管槽内层流强制对流传热实验关联式强制对流传热实验关联式主要

19、特点（见主要特点（见P250）：）：1、同一截面形状的通道，均匀热流条件下的、同一截面形状的通道，均匀热流条件下的Nu数总数总 是高于均匀壁温下的是高于均匀壁温下的Nu数；数；2、对于表列等截面直通道情形，层流充分发展段的、对于表列等截面直通道情形，层流充分发展段的 Nu数与数与Re数无关；数无关；3、虽用当量直径作为特征长度，不同截面管道层流、虽用当量直径作为特征长度，不同截面管道层流 充分发展段的充分发展段的Nu数亦不相同。数亦不相同。有关公式：有关公式：1、实际工程换热设备、实际工程换热设备(层流换热时常处于层流换热时常处于入口段入口段范围范围): 见式见式(6-26)列齐德列齐德-泰特

20、泰特(Sieder-Tate)公式公式2、其他代表性结果：见表、其他代表性结果：见表6-2表表6-4P254 例例63：已知已知: 水的流速水的流速u=2m/s，管长，管长l=5m，管子内径，管子内径d=20mm, 流体温度流体温度tf=25.3, t”f =34.6，壁温均匀。，壁温均匀。求：求： 表面传热系数表面传热系数h解：解： (1)判别换热类型判别换热类型。由题意，本题属长直圆管内的。由题意，本题属长直圆管内的 强迫对流换热，故强迫对流换热，故 特征长度：特征长度：管子内径管子内径d=20mm=0.02m, 且且l/d=25060)(21fffttt 定性温度：定性温度：水的平均温度

21、：水的平均温度： =30 并由此查得各有关并由此查得各有关物性参数物性参数值（略）值（略） 计算雷诺数以计算雷诺数以确定流态确定流态： 104(紊流紊流)41097. 4ReudnffNuPrRe023.08.05 .25842.5)1097.4(023.04 .08 .04KmWdNuhf2/7988(4)校核校核壁温（或温差壁温（或温差tw-tf）：）：)(4)(2ffpfwttcdutthA所以：所以： =39.7hAttfw(2)考虑各种修正考虑各种修正：因壁面温度未知，故先可不考虑温：因壁面温度未知，故先可不考虑温 差修正，其他修正系数则均为差修正，其他修正系数则均为1(3)选用实验

22、关联式并计算：选用实验关联式并计算：由下述热平衡关系可求得传热量由下述热平衡关系可求得传热量水从进口至出口的吸热量管壁与水间的对流换热量水从进口至出口的吸热量管壁与水间的对流换热量即：即：6.4 外部强制对流传热实验关联式外部强制对流传热实验关联式 外部流动：换热壁面上的流动边界层与热边界层外部流动：换热壁面上的流动边界层与热边界层能自由发展，不受邻近通道壁面存在的限制。为边界能自由发展，不受邻近通道壁面存在的限制。为边界层型流动（存在无速度梯度与温度梯度的主流区）。层型流动（存在无速度梯度与温度梯度的主流区）。一、流体横掠单管一、流体横掠单管二、流体外掠球体二、流体外掠球体二、流体横掠管束二

23、、流体横掠管束三、纵掠平板换热三、纵掠平板换热 （利用第（利用第5章章5.4所得理论解结果求解）所得理论解结果求解）6.4.1 流体横掠单管的实验结果流体横掠单管的实验结果1、流动特征、流动特征 流动具有边界层特征，还发生绕流脱体，从而产流动具有边界层特征，还发生绕流脱体，从而产生回流、旋涡和涡束。生回流、旋涡和涡束。Re10时，无脱体时，无脱体10Re1.5105时，为层流，脱体点在时，为层流，脱体点在 附近附近Re 1.5105时，为紊流，脱体点在时，为紊流，脱体点在 附近附近801402.换热特征换热特征：（取决于边界层的成（取决于边界层的成长和脱体情况）长和脱体情况）层流层流时：随边界

24、层增时：随边界层增大，大，h值渐减，发生值渐减，发生脱体后又突增脱体后又突增紊流紊流时：随边界层增时：随边界层增大，大，h值渐减；转变值渐减；转变为紊流后突增，后随为紊流后突增，后随边界层增大又渐减；边界层增大又渐减；发生脱体后又突增。发生脱体后又突增。3、实验关联式、实验关联式 定性温度为平均膜温定性温度为平均膜温 tm=(t +tw)/2 特征长度为管子外径特征长度为管子外径 d 适用范围适用范围(规定规定t、tw)其中：其中：Re 中的速度中的速度(特征速度特征速度)取取u通道来流速度通道来流速度 C，n值根据值根据Re值查表确定值查表确定P258表表65 气体横掠其他形状截面柱体时的气

25、体横掠其他形状截面柱体时的C，n值见表值见表66 式（式（6-29）则为适用于整个试验范围的关联式。）则为适用于整个试验范围的关联式。3/ 1PrRenCNu 推荐分段幂次关联式：推荐分段幂次关联式：6.4.2 流体外掠球体换热实验关联式流体外掠球体换热实验关联式4/14 . 03/22/1)(Pr)Re06. 0Re4 . 0(2wNu式式(6-30):定性温度定性温度: 来流温度来流温度 t特征长度特征长度: 球体直径球体直径 d实验验证范围实验验证范围(即公式适用范围即公式适用范围):0.71Pr3803.5Re7.6104 6.4.3 流体横掠管束换热实验关联式流体横掠管束换热实验关联

26、式 管束的应用：锅炉、暖风器、冷凝器、管束的应用：锅炉、暖风器、冷凝器、 风机盘风机盘管等专用换热设备中管等专用换热设备中 管束的应用：锅炉、暖风器、冷凝器、管束的应用：锅炉、暖风器、冷凝器、 风机盘风机盘管等专用换热设备中管等专用换热设备中1、管子的排列方式及对流动与换热的影响、管子的排列方式及对流动与换热的影响 顺排：扰动小、顺排：扰动小、h值小；阻力降也小，易清洗值小；阻力降也小，易清洗 叉排：扰动大、叉排：扰动大、h大；但阻力损耗也大，且清洗困难大；但阻力损耗也大，且清洗困难管子的排列方式管子的排列方式: 叉排与顺排叉排与顺排2. 影响管束平均传热性能的因素影响管束平均传热性能的因素流

27、动流动Re数、流体的数、流体的Pr数数;管子排列方式、管子排列方式、 管间距管间距s1、s2的相对大小的相对大小;物性参数等物性参数等定性温度定性温度:管束进出口流体平均温度管束进出口流体平均温度 特征长度特征长度:管子外径管子外径 d适用范围适用范围:Prf = 0.6500 其中：其中：Re 中的速度取整个管束中最窄截面处的中的速度取整个管束中最窄截面处的 平均流速平均流速 n16时，管排修正系数由表时，管排修正系数由表6-9查取查取 Prw按管束的平均壁温确定按管束的平均壁温确定 3、实验关联式、实验关联式-茹卡乌斯卡斯茹卡乌斯卡斯(Zhukauskas)关联式关联式见见P261表表6-

28、7、表、表6-8肋片管的换热关联式参见参考文献肋片管的换热关联式参见参考文献28、296.5 自然对流传热及其实验关联式自然对流传热及其实验关联式6.5.1 自然对流传热的特征自然对流传热的特征1、速度分布、速度分布 速度分布具有峰值速度分布具有峰值2、温度分布与换热情况、温度分布与换热情况 层流时，层流时，h=f()随减小随减小, h 随随减少减少; 层流转变为紊流时，层流转变为紊流时，h增大增大; 流动进入旺盛紊流时，流动进入旺盛紊流时，hx为常量为常量6.5.2 自然对流传热的相似特征数自然对流传热的相似特征数 用方程分析法或量纲分析法可得出自然对流用方程分析法或量纲分析法可得出自然对流

29、传热的相似特征数为传热的相似特征数为: 努塞尔准则：努塞尔准则：hlNu 普朗特准则：普朗特准则：格拉晓夫准则：格拉晓夫准则：aPr23tglGrV瑞利数瑞利数:atlgGrRav3Pr6.5.3 大空间自然对流传热实验关联式大空间自然对流传热实验关联式 1.大空间与有限空间自然对流大空间与有限空间自然对流 (外部与内部自然对流外部与内部自然对流) 大空间自然对流大空间自然对流 热边界层的发展不受到干扰的或阻碍的自然对流热边界层的发展不受到干扰的或阻碍的自然对流实验关联式的一般形式实验关联式的一般形式:11. 0)Pr/(PrPr)()376(Pr)(wfnmmnmmGrCNuGrCNu液体气

30、体2.均匀壁温条件下的大空间自然对流均匀壁温条件下的大空间自然对流式中：式中：之差为壁面温度与流体温度对于理想气体为容积膨胀系数为格拉晓夫准则tttTTVVtlgGrwVpVV1,;)(123定性温度定性温度:边界层算术平均温度边界层算术平均温度;特征长度特征长度L或或dC、n值由实验测定值由实验测定2/ )(tttwm具体关联式具体关联式:竖平板与满足式竖平板与满足式(6-38)的竖圆柱的竖圆柱: 见表见表(6-10)水平板水平板:见式见式(6-39)与与(6-40)球球 体体:见式见式(6-42)3. 均匀热流边界条件均匀热流边界条件(qw一定且已知一定且已知)：2423,Pr)(qlgh

31、ltlgNuGrGrGrBNuVVm其中对于水平板定性温度：边界层算术平均温度定性温度：边界层算术平均温度tm特征长度：取短边长。特征长度：取短边长。B，m值见值见P271表表6-11（由实验测定）（由实验测定）(1)采用常壁温公式采用常壁温公式 但但t=tL/2-t(2)采用专门公式采用专门公式(3)几点讨论：几点讨论： a.常热流问题需进行试算常热流问题需进行试算 b.自模化自模化概念概念 自然对流换热在紊流时的表面传热系自然对流换热在紊流时的表面传热系 数值与特征长度无关。数值与特征长度无关。讨论范围：空气夹层讨论范围：空气夹层 水平空气夹层水平空气夹层 竖空气夹层竖空气夹层6.5.4

32、有限空间自然对流传热实验关联式有限空间自然对流传热实验关联式1、关联式的一般形式、关联式的一般形式mnHGrCNu)(Pr)( 定性温度：夹层平均温度定性温度：夹层平均温度 t=(th +tc)/2 特征长度：夹层厚特征长度：夹层厚2、具体实验关联式（见式、具体实验关联式（见式(6-46)(6-47)）23)(chVttgGr导热夹层内的热量传递依靠时底面热水平夹层竖夹层,2430)(;2860GrGr（三）混合对流（略）（三）混合对流（略）一、相似原理一、相似原理1、物理现象相似的定义物理现象相似的定义2、相似原理的基本内容相似原理的基本内容 (1)(1)物理现象相似的概念物理现象相似的概念

33、 (2)(2)物理现象相似的特征物理现象相似的特征 (3)(3)判别两个同类现象相似的条件判别两个同类现象相似的条件 (4)(4)相似准则间的关系表示相似准则间的关系表示准则关联式准则关联式3、与物理现象、与物理现象有关的无量纲量的确定方法（了解）有关的无量纲量的确定方法（了解）4、对流换热问题的主要无量纲准则数（熟记对流换热问题的主要无量纲准则数（熟记*）小小 结结4、相似原理的应用、相似原理的应用(1)(1)如何安排实验如何安排实验测量什么？测量什么？(2)(2)实验数据的整理方法实验数据的整理方法 按按：(3)(3)所得实验关联式推广应用的条件所得实验关联式推广应用的条件(4)(4)指导

34、模化试验指导模化试验等整理或mnmnGrCNuCNuCNuPr).(;RePrRe(一一)对流换热问题的分类对流换热问题的分类（详见分类树）（详见分类树） 重点：管槽内强迫对流换热重点：管槽内强迫对流换热、横掠平板横掠平板、外掠球体、外掠球体、 横掠单管和管束横掠单管和管束的对流换热和的对流换热和大空间自然对大空间自然对 流换热流换热。 它们是分析和计算有关传热问题和传热设它们是分析和计算有关传热问题和传热设 备计算的基础（典型问题）。备计算的基础（典型问题）。 注意注意：由于实验的复杂性及测量仪表的误差等原因，：由于实验的复杂性及测量仪表的误差等原因， 用所得的实验关联式的计算结果允许有一定

35、用所得的实验关联式的计算结果允许有一定 的的误差误差(一般为一般为2030%);上述每一类型的换上述每一类型的换 热问题中还有流态之分热问题中还有流态之分二、（单相流体）对流换热实验关联式二、（单相流体）对流换热实验关联式(二二)各种类型对流换热的机理、影响因素的分析，强各种类型对流换热的机理、影响因素的分析，强 化对流换热的基本途径化对流换热的基本途径(要求能自行进行分析要求能自行进行分析)PrRe05. 0/dl的取值问题中的式nNucnffPrRe023.08 .0 d.影响影响h的因素的因素: 流速流速u u 大则大则h 也大；也大； 管子内径管子内径d(或当量直径或当量直径)d大则大

36、则h小；小； 物性参数物性参数、cp大大, 则则h 也大也大;大大, 则则h小小; 各种修正系数各种修正系数不能判别时不能判别时,先不修正先不修正 (1)管管(槽槽)内强制对流换热内强制对流换热 a.重点：湍流强迫对流换热重点：湍流强迫对流换热 b.入口段与充分发展段的概念及判别：入口段与充分发展段的概念及判别： 湍流：一般以湍流：一般以l/d60作为判别标准；作为判别标准； 层流：层流：(2)外部流动强制对流换热外部流动强制对流换热单管和管束单管和管束 a.由于绕流和脱体由于绕流和脱体, 换热增强换热增强; b.特征流速特征流速:取管束间最大流速取管束间最大流速; c.影响的因素影响的因素:

37、 管束排列方式管束排列方式:叉排大于顺排叉排大于顺排; 管排数管排数: 管排数越多管排数越多, 换热越强烈换热越强烈; 管间距管间距: S1/d, S2/d; 冲击角冲击角 : =90时时, h最大最大; 流体物性和流速流体物性和流速.(3)自然对流换热自然对流换热 a.重点重点:大空间自然对流换热大空间自然对流换热 b.自然对流的自然对流的h小小, 热阻大热阻大, 往往是传热过程热阻往往是传热过程热阻 的主要部分的主要部分, 是强化传热的关键是强化传热的关键; c.常温下常温下, 自然对流常常与辐射换热处于相同的自然对流常常与辐射换热处于相同的 数量级数量级, 需同时考虑需同时考虑.1、基本

38、要求：、基本要求： (1)能能选用选用合适的公式正确进行对流换热问题的计算合适的公式正确进行对流换热问题的计算 (2)熟记常见的无量纲准则数熟记常见的无量纲准则数 努塞尔准则：努塞尔准则： (注意与注意与Bi数的区别数的区别)hlNu 普朗特准则：普朗特准则：aPr雷诺准则：雷诺准则：ulRe格拉晓夫准则：格拉晓夫准则：23tglGr(三三)对流换热问题的定量计算对流换热问题的定量计算(详述详述)(3)单相对流传热实验关联式汇总单相对流传热实验关联式汇总-见见P281表表6-122 、应注意的问题、应注意的问题(1) 正确判别问题的类型正确判别问题的类型求解的关键求解的关键(2) 选择正确的实

39、验关联式选择正确的实验关联式(3) 注意定性温度注意定性温度,特征长度及特征流速的选取特征长度及特征流速的选取 应按所选用公式的规定选取应按所选用公式的规定选取.定性温度：定性温度：管槽内强迫对流换热：流体平均温度管槽内强迫对流换热：流体平均温度tf外掠球体外掠球体: 来流温度来流温度t横掠单管：横掠单管： tm=(tw+t)/2横掠管束：横掠管束： 流体平均温度流体平均温度tf= (tf1+tf2)/2横掠平板：横掠平板： tm=(tw+t)/2大空间自然对流换热：大空间自然对流换热：tm=(tw+t)/2有限空间有限空间(空气夹层空气夹层)： tm= (th+tc)/2 特征长度特征长度：

40、管槽内强迫对流换热：管子内径管槽内强迫对流换热：管子内径d或当量直径或当量直径外掠球体外掠球体: 球体直径球体直径d横掠单管和管束：横掠单管和管束： 管子外径管子外径d横掠平板：横掠平板： 板长（沿流动方向）板长（沿流动方向）L大空间自然对流换热：大空间自然对流换热： 竖平板或竖圆柱：高度竖平板或竖圆柱：高度L 横圆柱：管子外径横圆柱：管子外径 d 水平板（常热流边界条件）：短边长度水平板（常热流边界条件）：短边长度有限空间有限空间(空气夹层空气夹层)：夹层厚：夹层厚 (4)各项修正系数的必要性及数值的确定各项修正系数的必要性及数值的确定 不能确定时暂作不能确定时暂作1处理处理(即暂不修正即暂

41、不修正)，但求出，但求出 结果后应进行验算结果后应进行验算常需采用常需采用试算法试算法(迭代迭代) 如：求流体出口温度、壁面温度、管长等问题如：求流体出口温度、壁面温度、管长等问题 (管内强迫对流换热入口段和充分发展段的概念；管内强迫对流换热入口段和充分发展段的概念； 边界层和局部表面传热系数的沿程变化情况；外部边界层和局部表面传热系数的沿程变化情况；外部 流动对流换热时边界层的形成和发展，及其对局部流动对流换热时边界层的形成和发展，及其对局部 表面传热系数的影响表面传热系数的影响) (5)实际中，对流换热常常与辐射换热同时起作用实际中，对流换热常常与辐射换热同时起作用 即复合换热即复合换热(

42、特别是有气体参与的对流换热场特别是有气体参与的对流换热场 合与自然对流换热场合合与自然对流换热场合).(6)判断计算结果的合理性判断计算结果的合理性注意注意h的大致范围的大致范围3. 求解步骤求解步骤(1)确定换热类型及流体种类确定换热类型及流体种类(2)根据换热类型确定定性温度根据换热类型确定定性温度,并查出有关物性参数并查出有关物性参数(3)确定特性尺寸确定特性尺寸, 特征流速特征流速(强迫对流换热强迫对流换热),计算相关计算相关 准则数并判别流态准则数并判别流态(4)按换热类型与流态等选定所用准则关联式按换热类型与流态等选定所用准则关联式,并同时并同时 考虑各种修正考虑各种修正(5)计算

43、计算Nu数与表面传热系数数与表面传热系数h (判断计算结果的正确性判断计算结果的正确性)(6)计算对流换热量计算对流换热量(或电加热器功率、凝结液量等）或电加热器功率、凝结液量等）例例 1： 某反应堆中的棒束元件被纵向水流所冷却。某反应堆中的棒束元件被纵向水流所冷却。已知：水的平均温度已知：水的平均温度tf=200，平均流速，平均流速u=8m/s，元，元 件外径件外径d=9mm，相邻元件中心距，相邻元件中心距s=13mm。 被冷却表面的被冷却表面的 平均热流密度平均热流密度 q=1.7106W/m2。求：被冷却表面的平均求：被冷却表面的平均 表面传热系数和平表面传热系数和平 均壁面温度均壁面温度 (忽略忽略 入口效应和由温差入口效应和由温差 引起的修正引起的修正)解解: (1)换