传热学 第五章 单相流体对流换热准则关联式

传热学

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主讲教师：潘振华Email:lstpzh@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传热学

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主讲教师：张彭岗联系电话mail:zhangpg@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

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：换热分析

：管内局部对流换热系数hx沿程变化情况（湍流）

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：℃

定性温度：用来确定流体物性的温度

；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

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。

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：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

管内局部对流换热系数hx沿程变化情况（层流）

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。

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。椭圆管扁管的应用——汽车中冷器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：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

）

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

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：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。1.流动和换热特点圆柱绕流分离点的位置：边界层在脱离前就转变为紊流层流边界层横掠单管局部对流换热系数的变化情况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：来流流速准则关联式中的系数C和n5.2.3横掠管束

横掠管束实例一——管壳式换热器管式空气预热器空气高温烟气

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。

Fluent模拟的温度场和速度场顺排和叉排时的流动现象除排列方式外，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

计算流速：管间最大流速umax顺排：叉排：管翅式换热器针状翅片管各种形状的翅片管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。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。

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4.大空间自然对流换热特征关联式

恒壁温：式中：Gr

称为格拉晓夫数，其表达式为：适用条件：恒壁温条件

定性温度：流体的算术平均温度

定型尺寸：竖壁高度l常见自然对流换热的定性尺寸和C、n恒热流：

工程上有时会遇到自然对流传热表面热流密度为常数的情况，如电子元器件表面的自然对流冷却。有限空间自然对流例1：温度tf2=900℃的烟气以u＝10m/s的速度外掠单管，圆管外径d2＝38mm，内径d1＝32mm，钢材导热系数λ=50W/(m.K)

。管外壁温tw

=300℃，管内是水，水温tf1=200

℃，管内壁与水的表面换热系数h1=2300W/(m2.K)