第六章 各种对流传热过程.ppt

第一节 单相流体受迫对流传热 一、管槽内强制对流流动和换热的特征 1、概述 （1）流动和传热特征： 流动有层流和湍流之分 层流： Re2200 过渡区： 2200Re10000 旺盛湍流： Re10000 入口段的热边界层薄，表面传热系数高。 层流入口段长度: 湍流时: （2）热边界条件有均匀壁温和均匀热流两种 湍流：除液态金属外，两种条件的差别可不计 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。 2. 管内湍流换热实验关联式（强迫对流） 实用上使用最广的是迪贝斯－贝尔特公式： 以上所有方程仅适用于 的气体或液体。 对 数很小的液态金属，换热规律完全不同。 二、外部流动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能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。 边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。 对于气体横掠非圆形截面的柱体或管道的对流换热也可采用上式。 式中：定性温度为tm= 适用于 的情形。 3. 横掠管束换热实验关联式 外掠管束在换热器中最为常见。 通常管子有叉排和顺排两种排列方式。叉排换热强、阻力损失大并难于清洗。 流体横掠圆管束的实验关联式为 对于排数少于10排的管束，平均表面传热系数可在上式的基础上乘以管排修正系数 。 茹卡乌斯卡斯对流体外掠管束换热总结出一套在很宽的 数变化范围内更便于使用的公式如下表所示。 式中：定性温度为进出口流体平均流速； 特征长度为管子外径。 实验验证范围： 第二节 自然对流换热及实验关联式 自然对流：不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动。一般地，不均匀温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内。 例如：暖气管道的散热、不用风扇强制冷却的电器元件的散热。 自然对流换热可分成大空间和有限空间两类。 大空间自然对流：流体的冷却和加热过程互不影响，边界层不受干扰。 波尔豪森分析解与施密特－贝克曼实测结果 自然对流亦有层流和湍流之分。 层流时，换热热阻主要取决于边界层的厚度。 旺盛湍流时，局部表面传热系数几乎是常量。 自然对流传热流动状态的判定依据是：格拉晓夫数Gr（反映流体的浮升力与粘性力的比值）。 强迫对流：Re 从对流换热微分方程组出发，可得到自然对流换热的准则方程式 参照上图的坐标系，对动量方程进行简化。 在 方向， ，并略去二阶导数。 由于在薄层外 ，从上式可推得 代入动量方程并令 改写原方程 式中 。 进一步化简可得 称为格拉晓夫数。 在物理上， 数是浮升力/粘滞力比值的一种量度。 数的增大表明浮升力作用的相对增大。 自然对流换热准则方程式为 自然对流换热可分成大空间和有限空间两类。 大空间自然对流：流体的冷却和加热过程互不影响，边界层不受干扰。 如图两个热竖壁。底部封闭，只要 底部开口时，只要 壁面换热就可按大空间自然对流处理。（大空间的相对性） 1. 大空间自然对流换热的实验关联式 工程中广泛使用的是下面的关联式： 对于符合理想气体性质的气体，体胀系数： ，对于实际气体，可查热物性表。 对于常热流边界条件下的自然对流，往往采用下面方便的专用形式： 这里流动比较复杂，不能套用层流及湍流的分类。 2. 有限空间自然对流换热 这里仅讨论如图所示的竖的和水平的两种封闭夹层的自然对流换热，而且推荐的冠军事仅局限于气体夹层。 夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度 为特征长度的 数： 当 极低时换热依靠纯导热： 对于竖直夹层，当 对于水平夹层，当 ①对于竖空气夹层，推荐以下实验关联式： ②对于水平空气夹层，推荐以下关联式： 3. 自然对流与强制对流并存的混合对流 在对流换热中有时需要既考虑强制对流亦考虑自然对流考察浮升力与惯性力的比值 上图为流动分区图。其中 数根据管内径 及 计算。定性温度为 混合对流的实验关联式这里不讨论。 推荐一个简单的估算方法： 第三节 蒸气凝