单相流体强制对流换热实验关联式

1、单相流体强制对流换热实验关联式传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer一、管内强制对流换热流动和换热的特征1. 管内的流动状态层流过渡区湍流采用雷诺数判断传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer2. 流动和换热的入口段及充分发展段传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer流动入口段流动充分发展段换热入口段换热充分发展段流动入口段长度 l 的确定层流：湍流：传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer3.

2、 局部表面传热系数 hx 的变化请同学解释这么画的依据传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer4. 常见的两种换热条件 管子表面的换热条件有均匀热流和均匀壁温两种典型的情况。(1) 均匀热流（恒热流）壁面和流体温度随管长的变化tx0twtf对流传热温差为：传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer(2) 均匀壁温（恒壁温）对流传热温差为：tx0twtf壁面和流体温度随管长的变化传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer二、管槽内湍流换热实验关联式1.

3、 迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：适用的参数范围：式中取流体平均温度作为定性温度；取管子内径d为特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。气体： 水： 油： 传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer2. 迪图斯-贝尔特关联式应用范围的扩展（1）温差超过推荐的幅度值对于液体：主要是粘性随温度而变化。对于气体：除了粘性，还有密度和导热系数等。 当温差超过推荐的幅度值后，流体热物性将发生变化，从而对换热产生影响。修正方法：传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（2）非圆形截面通道

4、对于方形、椭圆形、环形等形状的截面情况，可以用当量直径作为特征尺度从而应用以上的准则方程。式中：Ac 对为槽道的流动截面积，P为润湿周长。传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（3）对于短管（考虑入口效应） 对于较短的管子及常见的尖角入口，推荐以下的修正系数：考虑温度和短管修正后的迪图斯-贝尔特关联式:传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（4）对于弯管的修正 由于管道弯曲改变了流体的流动方向，离心力的作用会在流体内产生如图所示的二次环流，结果增加了扰动，使对流换热得到强化。对于气体： 对于

5、液体： 传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer3. 其它的实验关联式（1）齐德-泰特（Sieder-Tate）关联式：评价：误差大；近似适用于液体被加热的情况。（2）格尼林斯基（Gnielinski）关联式：评价：准确，与实验数据的均方根偏差为 。该式也适用于过渡区传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer三、管槽内层流换热关联式适用的参数范围：1. 赛德尔塔特（Sieder-Tate）关联式管子处于均匀壁温传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfe

6、r2. 层流充分发展换热的 Nu 数 对于圆管：传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer 四、本节小结 在本节我们首先分析了管内流动和换热的特征；然后给出了湍流情况下的实验关联式，重点是其中的迪图斯-贝尔特关联式；对层流情况分别给出了处于入口段和充分发展段的关联式。（1）实际问题的主要特征；（2）实验关联式的适用条件；（3）特征尺度、特征速度和定性温度的确定。 1. 注意：传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（1）利用雷诺数判断流动的状态;（2）选用合适的实验关联式;（3）计算出努塞尔数，进

7、一步得到表面传热系数;（4）根据牛顿冷却公式计算出对流换热量。 2. 管槽内对流换热的一般步骤 传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer例题：在一冷凝器中，冷却水以1m/s的流速流过内径为10mm、长度为3m的铜管，冷却水的进、出口温度分别为15和65，试计算管内的表面传热系数。从附录中水的物性表中可查得 W/(mK)，m2/s，解：由于管子细长，l/d较大，可以忽略进口段的影响。冷却水的平均温度为传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat TransferW/(m2K)以上计算没考虑流体物性场不均匀的影响。如果考

8、虑物性场不均匀的影响，必须求出壁面温度，以确定修正项 。可以首先根据冷却水的温升确定换热量，再用上面计算的表面传热系数h 。管内强迫对流换热如何强化？书上P138思考作业传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer 按照概述中的分类外部流动的强制对流换热主要有横掠平板、外掠单管和外掠管束等情况。6-2 外部流动强制对流换热实验关联式（略）传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer一、横掠单管换热实验关联式1. 流动的特征 流体横向绕流单管时的流动除了具有边界层的特征外，还要发生绕流脱体，而产生回流、漩

9、涡和涡束。传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。低雷诺数时，回升点反映了绕流脱体的起点。高雷诺数时，第一次回升是层流转变成湍流的原因，第二次回升约在则是由于脱体的缘故。2. 换热的特征传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer3. 平均表面传热系数 h 计算的关联式对于高温气流冲刷的管子，若壁温过高，可能发生爆管现象，在管子的那一点易发生？式中C、n 之值见教材表5-5定性温度取 特征长度取管外径d特征流速取来流速度 传热学 Heat Transfer

10、 Heat Transfer Heat Transfer二、外掠管束换热实验关联式1. 流动和换热的特征顺排叉排管束的排列方式有顺排和叉排两种形式。叉排中的流动扰动比顺排时要剧烈，因此换热也较强。此外，管束的间距s1和s2及管排数也影响换热强度。传热学 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer2. 平均表面传热系数 h 计算的关联式式中C、m 之值见教材表5-7,上式主要用于气体，因此Pr数的影响归到了系数 C 中。定性温度取 特征长度取管外径d特征流速取管束中最窄截面处的流速 对于排数少于10排的管束，需要利用管排修正系数修正。该问题也可以采用表5-9和5-1