传热学第五章单相流体对流换热准则关联式详解演示文稿

传热学第五章单相流体对流换热准则关联式详解演示文稿当前第1页\共有45页\编于星期二\23点优选传热学第五章单相流体对流换热准则关联式当前第2页\共有45页\编于星期二\23点传热学

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主讲教师：张彭岗当前第3页\共有45页\编于星期二\23点学习内容第一章绪论第二章导热基本定律和稳态导热第三章非稳态导热第四章对流换热原理第五章单相流体对流换热特征数关联式第六章热辐射基本定律第七章辐射换热计算当前第4页\共有45页\编于星期二\23点第五章对流换热准则关联式5.1管内强迫对流换热

5.2外掠物体时的强迫对流换热5.3自然对流传热

当前第5页\共有45页\编于星期二\23点5.1.1湍流（）

5.1管内强迫对流换热

1.流动和换热分析分类：当前第6页\共有45页\编于星期二\23点换热分析

：管内局部对流换热系数hx沿程变化情况（湍流）

当前第7页\共有45页\编于星期二\23点2.管内流动换热计算

准则关联式：

适用条件：流体与壁面具有中等以下温度差的场合；定型尺寸：管内径d非圆管采用当量直径de

；如介质为空气时：℃

介质为水时：℃

当前第8页\共有45页\编于星期二\23点定性温度：用来确定流体物性的温度

；当前第9页\共有45页\编于星期二\23点温差修正系数：它是考虑到流体与壁面间存在较大温差时，对关联式作的修正。

对气体被加热时当气体被冷却时对液体液体受热时m＝0.11

液体受冷时m＝0.25

当前第10页\共有45页\编于星期二\23点管长修正系数：当时，称之为长管，虽然进口处的h较大，但管较长，可忽略进口段的影响，而对于的短管，就必须予以考虑。

当前第11页\共有45页\编于星期二\23点弯管修正系数：考虑到流体在弯曲管道或螺旋管内流动时，在离心力的作用下，形成二次流后，对换热所起的增强作用。对于气体：对于液体：当前第12页\共有45页\编于星期二\23点5.1.2层流（）

1.流动和换热分析管内层流边界层的形成和发展

当前第13页\共有45页\编于星期二\23点管内局部对流换热系数hx沿程变化情况（层流）

当前第14页\共有45页\编于星期二\23点2.管内流动换热计算赛德尔——塔特关联式：定型尺寸：管内径d

适用条件：定性温度：流体的算术平均温度。

当前第15页\共有45页\编于星期二\23点在工程中，除了圆管，扁管和椭圆管也是用的比较多的换热管，圆管和椭圆管相比，在流过横截面积相等的情况下，椭圆管的当量直径小于圆管直径，因此椭圆管内的换热性能要优于圆管。但是，椭圆管的制造工艺复杂且承压能力有限，这一问题也限制了椭圆管翅片式换热器的普及应用。当前第16页\共有45页\编于星期二\23点椭圆管当前第17页\共有45页\编于星期二\23点扁管的应用——汽车中冷器当前第18页\共有45页\编于星期二\23点对于扁管和椭圆管这样的非圆形截面通道，上述的公式都是能用的，只是定型尺寸，也就是当量直径要采用下式进行计算：ab对于扁管：当前第19页\共有45页\编于星期二\23点5.2.1纵掠平壁

5.2外掠物体对流换热时的强迫对流换热

层流底层当前第20页\共有45页\编于星期二\23点定性温度：边界层的平均温度

1.层流准则关联式

定型尺寸：板长l（x）适用条件：（临界雷诺数

）当前第21页\共有45页\编于星期二\23点

对于这里讲的紊流指的是从平壁x＝0处就开始直接形成湍流边界层的情况，当然这是一个假象的情况，即当紊流的湍流度很大的情况（来流在外掠平板前流过绕流格栅），Colburn利用比拟法得出了hx和h的准则关联式：2.紊流准则关联式

当前第22页\共有45页\编于星期二\23点适用条件：3.混合边界层的准则关联式

在恒壁温条件下，h是以xc为界分两部分积分再求平均值，即：当前第23页\共有45页\编于星期二\23点适用条件：5.2.2横掠单管

流体绕流管子这样的圆柱外表面时，最大的特点就在于边界层流体压力沿流动方向将发生变化，从而导致流体横掠单管的特殊边界层流动现象——边界层分离。当前第24页\共有45页\编于星期二\23点1.流动和换热特点圆柱绕流当前第25页\共有45页\编于星期二\23点分离点的位置：边界层在脱离前就转变为紊流层流边界层当前第26页\共有45页\编于星期二\23点横掠单管局部对流换热系数的变化情况当前第27页\共有45页\编于星期二\23点2.准则关联式

定型尺寸：管外径do定性温度：边界层的平均温度

计算流速：来流流速当前第28页\共有45页\编于星期二\23点准则关联式中的系数C和n当前第29页\共有45页\编于星期二\23点5.2.3横掠管束

横掠管束实例一——管壳式换热器当前第30页\共有45页\编于星期二\23点管式空气预热器空气高温烟气当前第31页\共有45页\编于星期二\23点

跟单管相比，横掠管束时不仅受管径、流速的影响，还受到管间距、管排数以及管束排列方式等因素的影响，因此比换热过程要比单管复杂多了。

当前第32页\共有45页\编于星期二\23点Fluent模拟的温度场和速度场当前第33页\共有45页\编于星期二\23点顺排和叉排时的流动现象当前第34页\共有45页\编于星期二\23点除排列方式外，管排数N，管径、管间距s1、s2都是在分析时所要考虑的因素，这些影响因素在我们推荐的准则关联式中都应该有所反映。

准则关联式：

适用条件：定性温度：流体的算术平均温度

；定型尺寸：管外径do当前第35页\共有45页\编于星期二\23点

计算流速：管间最大流速umax顺排：叉排：当前第36页\共有45页\编于星期二\23点当前第37页\共有45页\编于星期二\23点管翅式换热器当前第38页\共有45页\编于星期二\23点针状翅片管当前第39页\共有45页\编于星期二\23点各种形状的翅片管当前第40页\共有45页\编于星期二\23点5.3自然对流传热

1.概述

流动起因：由于不均匀的温度场，引起密度的不均匀，并在重力下产生浮升力。当前第41页\共有45页\编于星期二\23点流动不均匀的温度场，不一定引起自然对流。说明：该空腔上热下冷，存在温度差，但是没有自然对流产生。

当前第42页\共有45页\编于星期二\23点2.分类

大空间自然对流换热有限空间自然对流换热

3.流动和换热特点

竖壁自然对流换热示意图当前第43页\共有4